加筋壁板疲劳裂纹扩展过程模拟与寿命研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaowei_0315
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整体加筋板结构由于极大程度的减少了铆钉和紧固孔的数量,从而明显降低了结构重量和制造成本,已成为当前最具广阔发展前景的新型结构形式。但由于结构中缺乏大量的铆钉孔,裂纹在扩展时将不能被有效止裂,为保证飞机损伤容限下长寿命的设计要求,如何使裂纹在靠近筋条时发生转折行为和止裂现象是当前整体加筋板设计中的关键问题,因此对整体加筋板进行疲劳断裂特性研究对工程应用具有十分重要的理论指导意义。  本文采用断裂力学和有限元方法对整体加筋板裂纹扩展轨迹和疲劳寿命进行分析。首先建立整体加筋板疲劳裂纹扩展模型,通过与裂纹扩展速率试验进行比较验证模型可靠性;在此基础上讨论筋条设计形式对裂纹断裂参量和结构疲劳寿命的影响;其次引入裂纹转折理论,分析挖掘发生裂纹转折行为的可能性并确定其影响因素;最后对多裂纹损伤问题进行研究。结果表明:不同筋条设计形式对疲劳裂纹断裂参量的影响并不明显,仅当裂纹扩展至筋条附近时有一定的差异性,且增加剪切带厚度对裂纹扩展的抑制作用最为显著;裂纹在非对称性载荷及高T应力环境下可发生转折行为,同时特征过渡区宽度和材料断裂韧度各向异性对裂纹转折行为均有不同程度的影响;特定多裂纹情况下裂纹并不会转折,而是笔直扩展进而连通成一条大裂纹,同时由于相邻裂尖的强烈干涉,造成应力强度因子剧增,加速裂纹扩展,进而严重缩短了扩展寿命,因此需采用有效的修补手段来提高结构的剩余强度和使用寿命。
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