內容簡介

　　本書以飛機結構疲勞和損傷容限設計為中心內容，介紹飛機結構疲勞設計和結構損傷容限設計的基本原理及相關的基礎理論知識，例如疲勞機理、材料的疲勞強度、斷裂力學基礎知識等，在此基

　　礎上重點介紹飛機結構疲勞和損傷容限設計方法。考慮民用飛機和軍用飛機特點，對特殊問題進行必要的介紹(個彆方法的詳細介紹見附錄)。全書共分13章。第1章介紹飛機結構設計思想演變和

　　結構強度設計準則。第2章介紹疲勞強度機理和金屬材料的疲勞強度。第3~6章介紹飛機結構疲勞設計理論基礎和設計方法。第7章介紹結構損傷容限設計基本概念。第8章介紹與損傷容限設

　　計相關的斷裂力學基礎知識。第9~12章介紹飛機結構損傷容限設計基本方法，並對飛機典型結構實例進行損傷容限分析設計。第13章介紹飛機復閤材料結構疲勞和損傷容限設計。

目錄

第1章 緒 論………………………………………………………………………… 1

1.1 飛機結構設計思想的演變…………………………………………………… 1

1.2 飛機結構強度設計準則……………………………………………………… 2

第2章 疲勞破壞特性和金屬材料的疲勞強度……………………………………… 6

2.1 疲勞破壞的特徵……………………………………………………………… 6

2.2 疲勞破壞斷口和疲勞裂紋擴展過程………………………………………… 6

2.3 疲勞應力與持久極限………………………………………………………… 8

2.4 材料疲勞性能的S N 麯綫……………………………………………… 10

2.5 影響疲勞強度的一些因素…………………………………………………… 12

習 題……………………………………………………………………………… 14

第3章 飛機結構疲勞設計………………………………………………………… 15

3.1 疲勞設計的目的……………………………………………………………… 15

3.2 疲勞分析原理………………………………………………………………… 15

3.3 疲勞設計的基本步驟………………………………………………………… 16

3.4 飛機的疲勞載荷譜…………………………………………………………… 16

3.5 結構疲勞設計的一般方法…………………………………………………… 18

3.6 疲勞試驗……………………………………………………………………… 24

習 題……………………………………………………………………………… 25

第4章 民用飛機結構疲勞設計方法……………………………………………… 26

4.1 疲勞分析準則………………………………………………………………… 26

4.2 結構細節疲勞設計———DFR方法………………………………………… 29

4.3 民用飛機使用載荷和載荷譜的特點………………………………………… 31

4.4 疲勞強度分析………………………………………………………………… 32

習 題……………………………………………………………………………… 32

第5章 軍用飛機結構疲勞設計方法……………………………………………… 33

5.1 軍用飛機載荷譜特點………………………………………………………… 33

5.2 軍用飛機結構疲勞和耐久性分析…………………………………………… 35

習 題……………………………………………………………………………… 37

第6章 結構抗疲勞設計方法和要求……………………………………………… 38

6.1 結構布局和細節設計………………………………………………………… 38

6.2 材料選擇原則………………………………………………………………… 39

6.3 製造工藝……………………………………………………………………… 39

6.4 防腐設計措施………………………………………………………………… 39

習 題……………………………………………………………………………… 40

第7章 結構損傷容限設計概述…………………………………………………… 41

7.1 飛機結構損傷容限設計概念………………………………………………… 41

7.2 損傷容限設計的技術目標…………………………………………………… 43

習 題……………………………………………………………………………… 44

第8章 損傷容限設計理論基礎…………………………………………………… 45

8.1 裂紋麵開裂類型……………………………………………………………… 45

8.2 應力強度因子………………………………………………………………… 46

8.2.1 含中心裂紋無限大闆的應力場和位移場…………………………… 46

8.2.2 應力強度因子………………………………………………………… 51

8.3 裂紋尖端的塑性區…………………………………………………………… 55

8.3.1 Irwin塑性區模型…………………………………………………… 56

8.3.2 應力鬆弛的修正……………………………………………………… 56

8.3.3 等效裂紋長度與應力強度因子的修正……………………………… 57

8.3.4 Dugdale模型………………………………………………………… 59

8.3.5 塑性區形狀…………………………………………………………… 60

8.4 能量釋放率…………………………………………………………………… 64

8.4.1 能量釋放率定義……………………………………………………… 64

8.4.2 能量釋放率G 的計算或確定……………………………………… 66

8.4.3 能量釋放率G 與應力強度因子K 的關係………………………… 68

8.5 J 積分……………………………………………………………………… 69

8.5.1 J 積分定義及其守恒性……………………………………………… 70

8.5.2 綫彈性條件下J 積分與K 和G 的關係…………………………… 75

8.5.3 J 積分準則及其應用………………………………………………… 77

8.6 裂紋尖端張開位移(COD) ………………………………………………… 78

8.6.1 COD定義…………………………………………………………… 78

8.6.2 COD的計算方法…………………………………………………… 80

8.6.3 COD準則…………………………………………………………… 82

8.6.4 J 積分與COD的關係……………………………………………… 83

習 題……………………………………………………………………………… 83

第9章 飛機結構損傷容限設計…………………………………………………… 85

9.1 結構損傷容限設計要求……………………………………………………… 85

9.2 損傷容限結構類型和危險部位選擇………………………………………… 86

9.2.1 損傷容限結構類型…………………………………………………… 86

9.2.2 結構設計類型的選擇原則…………………………………………… 89

9.2.3 危險部位的選擇……………………………………………………… 89

9.3 損傷容限設計原則和要點…………………………………………………… 91

9.4 損傷容限設計的內容和步驟………………………………………………… 94

習 題……………………………………………………………………………… 100

第10章 結構剩餘強度分析……………………………………………………… 102

10.1 結構剩餘強度概要………………………………………………………… 102

10.1.1 結構破壞模式和破壞準則………………………………………… 102

10.1.2 結構的剩餘強度要求……………………………………………… 103

10.1.3 剩餘強度載荷……………………………………………………… 104

10.2 斷裂判據…………………………………………………………………… 105

10.2.1 斷裂韌度…………………………………………………………… 105

10.2.2 斷裂判據…………………………………………………………… 108

10.2.3 淨截麵屈服判據…………………………………………………… 114

10.2.4 平麵應力問題的工程方法………………………………………… 114

10.3 剩餘強度分析方法和步驟………………………………………………… 116

習 題……………………………………………………………………………… 118

第11章 疲勞裂紋擴展和檢查周期的確定……………………………………… 119

11.1 恒幅疲勞裂紋擴展分析…………………………………………………… 119

11.2 影響疲勞裂紋擴展的主要因素…………………………………………… 124

11.2.1 應力比R(或平均應力σm)的影響……………………………… 124

11.2.2 環境影響…………………………………………………………… 128

11.2.3 加載頻率的影響…………………………………………………… 135

11.2.4 材料厚度的影響…………………………………………………… 135

11.2.5 應力強度因子變程ΔK 很高和很低時裂紋擴展速率的特點…… 137

11.2.6 超載的影響………………………………………………………… 137

11.3 變幅載荷下裂紋擴展分析………………………………………………… 138

11.3.1 變幅載荷下疲勞裂紋擴展的特點………………………………… 138

11.3.2 考慮超載遲滯效應的計算模型…………………………………… 142

11.3.3 裂紋擴展壽命的計算……………………………………………… 149

11.3.4 腐蝕疲勞裂紋擴展速率的計算公式……………………………… 150

習 題……………………………………………………………………………… 152

第12章 飛機典型金屬結構損傷容限設計實例……………………………………… 154

12.1 加勁闆結構的斷裂分析…………………………………………………… 154

12.2 機翼與機身連接接頭的損傷容限設計…………………………………… 162

習 題……………………………………………………………………………… 166

第13章 飛機復閤材料結構疲勞和損傷容限設計……………………………… 167

13.1 復閤材料的力學性能和製造工藝特點…………………………………… 167

13.1.1 復閤材料的製造工藝特點………………………………………… 167

13.1.2 復閤材料的力學性能特點………………………………………… 168

13.2 復閤材料疲勞與損傷特性………………………………………………… 169

13.2.1 復閤材料損傷特性………………………………………………… 169

13.2.2 復閤材料疲勞特性………………………………………………… 175

13.2.3 復閤材料結構疲勞和損傷的主要特點…………………………… 177

13.3 復閤材料結構疲勞設計…………………………………………………… 177

13.3.1 復閤材料層閤闆的疲勞特性……………………………………… 177

13.3.2 疲勞壽命估算方法………………………………………………… 178

13.3.3 復閤材料結構疲勞載荷譜的特點………………………………… 179

13.3.4 復閤材料疲勞壽命分散性………………………………………… 180

13.4 復閤材料結構損傷容限設計……………………………………………… 182

13.4.1 復閤材料損傷容限設計要求的演變……………………………… 182

13.4.2 復閤材料結構損傷擴展設計概念………………………………… 183

13.4.3 復閤材料剩餘強度預測方法……………………………………… 184

13.4.4 軍用飛機復閤材料結構損傷容限設計要求……………………… 187

13.4.5 民用飛機復閤材料結構損傷容限設計與驗證…………………… 188

習 題……………………………………………………………………………… 194

附錄A ……………………………………………………………………………… 195

A.1 可靠性準則………………………………………………………………… 195

A.2 確定DFR的方法………………………………………………………… 198

A.3 標準S N 麯綫…………………………………………………………… 199

附錄B ……………………………………………………………………………… 203

B.1 地—空—地循環特性……………………………………………………… 203

B.2 疲勞強度分析……………………………………………………………… 205

參考文獻……………………………………………………………………………… 209

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