[發明專利]一種基于概率統計理論的飛機復合材料結構沖擊能量截止值確定方法

在審

• 申請號: 201810803429.2
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN109033610A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 鄭雙;賈大煒;支晗;劉旭;何續斌;黃文超
• 申請（專利權）人: 中航沈飛民用飛機有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 鄭賢明

一種基于概率統計理論的飛機復合材料結構沖擊能量截止值確定方法，此方法填補商用飛機復合材料結構能量截止值確定方法的空白，改變了直接照搬空客波音經驗數據的歷史，旨在整個使用壽命期內保證結構完整性，在保證其安全可靠的前提下，采用概率統計理論，對飛機復合材料結構在組裝、運營、維護期間的實際損傷數據進行全面研究，最終形成一套科學、完整、系統的能量截止值確定方法。

技術領域

本發明涉及大型民用運輸機復合材料結構沖擊能量截止值確定方法，屬于復合材料機體結構靜強度、損傷容限設計方法和符合性認證方法。

背景技術

在飛機整個使用壽命期間，復合材料主結構可能遭遇的最危險損傷是外來物意外沖擊事件所產生的損傷。當復合材料主結構發生嚴重沖擊損傷，直到損傷被發現前，其余結構應能承受合理的載荷而不發生破壞或過度的結構變形。基于以上的復合材料結構設計特點及要求，對于民用飛機復合材料結構設計，咨詢通告AC20-107B中對結構損傷提出了明確而詳細的強度要求：需進行損傷威脅評估，確定復合材料結構的損傷源、損傷形式、損傷類型及各部位的能量截止值，并試驗和分析對比各類損傷情況及損傷對強度的影響，確定各種損傷分類及各類損傷的剩余強度要求。另外，損傷容限設計規范中也明確提出了沖擊能量截止值的概念，沖擊能量截止值與損傷可檢門檻值成為復合材料結構損傷容限設計中兩項重要參數。在飛機設計中，沖擊能量截止值是對飛機在服役過程中沖擊威脅評定得來的，因此對沖擊威脅評定而得到沖擊能量截止值是飛機結構損傷容限設計的必然要求。

對于沖擊能量截止值的確定，目前國際上通用的方法有確定性方法和概率半概率方法，FAA簡單把外來物沖擊情況分成三種威脅方案來描述，分別是高威脅方案、中威脅方案以及低威脅方案，這些方案都認為沖擊能量按Weibull分布(見附圖1)。圖中假設了最常見的沖擊能量水平和一個與稀有沖擊事件對應的能量水平(100ft-lb即136J)，這種方法難以全面覆蓋飛機復合材料主結構的真實情況。波音公司采用的是確定性方法，對于所有需要考慮的結構采用接近上邊界截止值。波音公司對極限載荷采用了在飛機整個壽命期內，不超過10％的飛機所遭受沖擊事件能量會等于或高于沖擊損傷上限，對限制載荷分析則沒有考慮沖擊損傷能量水平的上限，這種方法帶來了不必要的保守設計。

由于復合材料商用飛機應用起步較晚，并未研發出標準的沖擊能量截止值確定方法，大多借鑒波音空客的經驗數據直接使用，這樣不但不能真實反映飛機運營過程中的受沖擊情況，而且可能帶來過于保守的設計。本發明結合實際使用數據和概率統計方法來確定沖擊能量截止值。

發明內容

針對以上問題，本發明創造提出了一種基于概率統計理論的飛機復合材料結構沖擊能量截止值確定方法，此方法填補商用飛機復合材料結構能量截止值確定方法的空白，改變了直接照搬空客波音經驗數據的歷史，旨在整個使用壽命期內保證結構完整性，在保證其安全可靠的前提下，采用概率統計理論，對飛機復合材料結構在組裝、運營、維護期間的實際損傷數據進行全面研究，最終形成一套科學、完整、系統的能量截止值確定方法。

為了實現上述目的，本發明創造采用的技術方案為：一種基于概率統計理論的飛機復合材料結構沖擊能量截止值確定方法，其特征在于，其步驟為：

1)定義兩個能量截止值出現的概率P_a以及能量截止值計算公式：

P_a＝P_o×P_e

其中：P_a——每次飛行遇到能量E≥E_co的沖擊概率；

P_o——沖擊事件出現概率；

P_e——沖擊事件中損傷能量大于E_co的概率；