[發(fā)明專利]一種基于概率統(tǒng)計(jì)理論的飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊能量截止值確定方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810803429.2
• 申請(qǐng)日: 2018-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN109033610A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭雙;賈大煒;支晗;劉旭;何續(xù)斌;黃文超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 沈陽(yáng)杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 鄭賢明

一種基于概率統(tǒng)計(jì)理論的飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊能量截止值確定方法，此方法填補(bǔ)商用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能量截止值確定方法的空白，改變了直接照搬空客波音經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歷史，旨在整個(gè)使用壽命期內(nèi)保證結(jié)構(gòu)完整性，在保證其安全可靠的前提下，采用概率統(tǒng)計(jì)理論，對(duì)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在組裝、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)期間的實(shí)際損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行全面研究，最終形成一套科學(xué)、完整、系統(tǒng)的能量截止值確定方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型民用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊能量截止值確定方法，屬于復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、損傷容限設(shè)計(jì)方法和符合性認(rèn)證方法。

背景技術(shù)

在飛機(jī)整個(gè)使用壽命期間，復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)可能遭遇的最危險(xiǎn)損傷是外來(lái)物意外沖擊事件所產(chǎn)生的損傷。當(dāng)復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重沖擊損傷，直到損傷被發(fā)現(xiàn)前，其余結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受合理的載荷而不發(fā)生破壞或過(guò)度的結(jié)構(gòu)變形。基于以上的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要求，對(duì)于民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，咨詢通告AC20-107B中對(duì)結(jié)構(gòu)損傷提出了明確而詳細(xì)的強(qiáng)度要求：需進(jìn)行損傷威脅評(píng)估，確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(yàn)和分析對(duì)比各類損傷情況及損傷對(duì)強(qiáng)度的影響，確定各種損傷分類及各類損傷的剩余強(qiáng)度要求。另外，損傷容限設(shè)計(jì)規(guī)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)中兩項(xiàng)重要參數(shù)。在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，沖擊能量截止值是對(duì)飛機(jī)在服役過(guò)程中沖擊威脅評(píng)定得來(lái)的，因此對(duì)沖擊威脅評(píng)定而得到?jīng)_擊能量截止值是飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)的必然要求。

對(duì)于沖擊能量截止值的確定，目前國(guó)際上通用的方法有確定性方法和概率半概率方法，F(xiàn)AA簡(jiǎn)單把外來(lái)物沖擊情況分成三種威脅方案來(lái)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(rèn)為沖擊能量按Weibull分布(見附圖1)。圖中假設(shè)了最常見的沖擊能量水平和一個(gè)與稀有沖擊事件對(duì)應(yīng)的能量水平(100ft-lb即136J)，這種方法難以全面覆蓋飛機(jī)復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況。波音公司采用的是確定性方法，對(duì)于所有需要考慮的結(jié)構(gòu)采用接近上邊界截止值。波音公司對(duì)極限載荷采用了在飛機(jī)整個(gè)壽命期內(nèi)，不超過(guò)10％的飛機(jī)所遭受沖擊事件能量會(huì)等于或高于沖擊損傷上限，對(duì)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(lái)了不必要的保守設(shè)計(jì)。

由于復(fù)合材料商用飛機(jī)應(yīng)用起步較晚，并未研發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的沖擊能量截止值確定方法，大多借鑒波音空客的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接使用，這樣不但不能真實(shí)反映飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的受沖擊情況，而且可能帶來(lái)過(guò)于保守的設(shè)計(jì)。本發(fā)明結(jié)合實(shí)際使用數(shù)據(jù)和概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)確定沖擊能量截止值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造提出了一種基于概率統(tǒng)計(jì)理論的飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊能量截止值確定方法，此方法填補(bǔ)商用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能量截止值確定方法的空白，改變了直接照搬空客波音經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歷史，旨在整個(gè)使用壽命期內(nèi)保證結(jié)構(gòu)完整性，在保證其安全可靠的前提下，采用概率統(tǒng)計(jì)理論，對(duì)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在組裝、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)期間的實(shí)際損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行全面研究，最終形成一套科學(xué)、完整、系統(tǒng)的能量截止值確定方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案為：一種基于概率統(tǒng)計(jì)理論的飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(gè)能量截止值出現(xiàn)的概率P_a以及能量截止值計(jì)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(xiàn)概率；

P_e——沖擊事件中損傷能量大于E_co的概率；