多处损伤结构契坏准则研究.pdfVIP

多处损伤结构破坏准则的研究 陈勃 张建宇 费斌军 (北京航空航无大学固体力学研究所．北京1001)83) 摘要多处损伤(MSD)是老龄飞机结构中普遍存在的损伤形式。它的存在对老龄飞机的安全是 一种撮大的隐患，MSD使结构的剩余强度明显降低，损伤容限能力减退。MSD结构的破坏准 则主要有净截面屈服准则和断裂准则．为摸清MSD结构的破坏形式，本文同时考察净截面屈 服准则和断裂准则．强过对机身搭接接头MSD的疲劳破坷=情况的研究指出：对于存在MSD 的搭接接头类结构而占，其破坏仍服从断裂准则．而MSD裂纹的连通服从韧带屈服准则。 关t词多处损伤fMSD矗,剩余强度．韧带屈服准则 、 7、 多处损伤(简称MSD)是指在飞机结构相 邻又相似的细节上几乎同时出现的大小相近的 一群裂纹。这种广泛开裂现象在老龄E机中屡 见不鲜．典型的MSD裂纹通常发生在接头的 铆钉孔处，如图l(a)所示。由于卸载作用，这 种情况可以等效为如图1(b)所示。 ca) {b) 鞫l铆钉孔址的多裂纹 1988年美国Aloha航空公司一架波音737-2001i机发生的飞行事故引起人们对MSD的 注意。MSD的存在．特别是当裂纹之间互相贯通后对老龄飞机的安全来说是一种极大的隐患。 文献【l2】中根据试验中模拟试件的破坏存在塑性屈服现象．建议采用净截面屈服准则作 为MSD结构的破坏准则．而文献[3】中的试验结果则指出MSD结构的破坏仍表现为宏观脆性 断裂。本文将通过对典型MSD结构的裂纹尖端的应力强度因子和净截面应力的研究，探讨 MSD结构的破坏准则。 1惦D裂纹尖端的应力强度因子 计算MSD裂纹尖端的应力强度因子．必需考虑MSD裂纹之间的相互影响，特别是裂纹 较长并且它们之间的距离较近时，裂纹的扩展可能引起裂纹之间的相互贯通形成贯通裂纹(主 裂纹1。裂纹的相互贯通是十分危险的，它使裂纹尖端的应力强度因子突然增大，可能宣接导 致结构的破坏。根据断裂准则(应力强度因子准则)，裂纹的应力强度园子局大于=裂纹的断裂 韧度K1c时，裂纹失稳扩展。因此，多裂纹之间的影响可以通过裂纹应力强度因子的影响来 表征。MSD结构的应力强度因子计算比单一裂纹结构要复杂得多，可以用复变函数的解析解 法，也可以采用组台法求MSD裂纹的应力强度因子。考虑到组合法可以从应力强度因子手 册的己知解答中近似地求解复杂情况的应力强度因子，计算比较简单，本文采用组合法计算。 1 1无贯通峪D裂纹应力强度因子的求解 利用组台法求解图2(a)中MSD裂纹尖端的应力强度因子，图中各裂纹长度相同，由于 结构具有对称性，我们只需求出一个裂纹的蜀即可。 384 瞄莽营固嗒》苣封 圈2含有等长双边穿透裂纹的多孔井线捧列 如图2所示．求中闻裂纹的应力强度因子，由于相距较远的裂纹间的影响可以忽略．这 里只考虑两倒各两个孔边的裂纹对它的影响。 K。=K6+(K。一K6)+(置d—K6)+(丘。一世6) 其中毛，t一足d和K。分别为 Kb=J√磊 (2) Kc=C仃届 (3) Kd=Fdo而 (4) 和届(器孵+器脬一·] (5) 其中丘，乃可虬通过查阅手册获得．K(k)，￡(∞为参数为}的第一、第二类椭圆积分 毛：羼七忖_。d2：。 1．2贯通瞄D裂纹应力强度因子的求解 当图2(a)的中间两个或多个孔边裂纹相互贯通后， 形成贯通裂纹，由于裂纹较长，这时可