概率損傷容限分析體系及其關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、損傷容限評定的主要目的是為了保證飛機在設(shè)計目標壽命內(nèi)，在由于疲勞、腐蝕和意外損傷引起的開裂（損傷）被檢出前結(jié)構(gòu)能滿足剩余強度要求而不發(fā)生重大的破壞和有害的變形，從而在高可靠度水平的要求下保證飛機結(jié)構(gòu)在檢查間隔內(nèi)的安全。傳統(tǒng)的（即確定性）損傷容限分析得到的結(jié)論是定性的，其關(guān)于“高可靠度”的定義并不十分明確，采用定值方法對結(jié)構(gòu)的裂紋擴展壽命進行評估具有其局限性。應(yīng)用概率損傷容限技術(shù)可以比較準確地定量分析結(jié)構(gòu)剩余強度的可靠性、指定裂紋擴展壽命

2、的可靠度和指定可靠度下的安全裂紋擴展壽命。概率損傷容限分析已成為固體力學(xué)領(lǐng)域重要組成部分，也是工程技術(shù)發(fā)展的重要方向。關(guān)于概率損傷容限需要考慮的隨機變量及概率損傷容限分析的主要內(nèi)容和方法，在學(xué)術(shù)界仍然缺乏共識，對此未形成具有廣泛認同的理論體系，而且分析中的關(guān)鍵技術(shù)也不盡完善、計算效率偏低。因此對概率損傷容限分析體系和關(guān)鍵技術(shù)的研究不僅具有學(xué)術(shù)價值，也具有工程實用價值。
　　本文工作主要分為以下兩部分：
　　第一部分研究概率損

3、傷容限分析的理論體系和分析的關(guān)鍵技術(shù)。
　　提出了概率損傷容限分析的流程和常用的分析方法。研究了概率損傷容限分析中需要考慮的隨機因素并對所提出的隨機變量給出統(tǒng)計分析方法。將隨機變量的確定及統(tǒng)計分析、剩余強度分析、隨機裂紋擴展分析和可靠性分析作為概率損傷容限分析的主要內(nèi)容，進而建立起概率損傷容限的分析體系。
　　提出了p-a-σ曲線表示給定可靠度下不同裂紋尺寸所對應(yīng)的剩余強度許用值。研究結(jié)構(gòu)失效臨界條件的概率特性，獲得了臨界裂

4、紋尺寸的概率分布函數(shù)的表達式。根據(jù)基于隨機過程的裂紋擴展隨機模型和基于隨機變量的裂紋擴展隨機模型，給出了求給定臨界裂紋尺寸下裂紋擴展壽命和給定擴展時間下裂紋尺寸分布的分析方法。針對概率損傷容限的核心內(nèi)容—可靠性分析，給出了三類可靠性分析方法:隨機抽樣法、概率空間轉(zhuǎn)化法和響應(yīng)面法。其中隨機抽樣法、概率空間轉(zhuǎn)化法是概率損傷容限分析中的傳統(tǒng)方法，響應(yīng)面法則是首次應(yīng)用于損傷容限分析中。提出了一種改進的抽樣方法，并應(yīng)用于概率損傷容限分析中，該方法

5、可以在保持精度的前提下，成級數(shù)的減少抽樣次數(shù)，顯著提高計算效率。根據(jù)含裂紋結(jié)構(gòu)失效的線彈性準則提出了適用于分析給定壽命下含裂紋結(jié)構(gòu)可靠性的響應(yīng)面函數(shù)和Hermite隨機多項式響應(yīng)面函數(shù)。本文提出的響應(yīng)面函數(shù)只需對初始裂紋尺寸和裂紋擴展速率參數(shù)進行抽樣，降低了計算的復(fù)雜程度。
　　本文的第二部分研究概率損傷容限分析的一些新方法和新內(nèi)容。
　　推廣基于區(qū)間分析的可靠性模型提出了一種新的可靠性模型，使得該模型適用于存在分布形式不同

6、的隨機變量的結(jié)構(gòu)，并將之應(yīng)用于裂紋擴展壽命分析，給出了實用的分析方法。
　　提出了基于Neumann展開的Monte-Carlo隨機擴展有限元方法，用于對含裂紋結(jié)構(gòu)進行斷裂可靠度分析。
　　研究了多裂紋結(jié)構(gòu)的概率損傷容限分析方法。根據(jù)裂紋間是否存在相互作用研究了三類多裂紋結(jié)構(gòu)：相互獨立多裂紋結(jié)構(gòu)、多部位損傷結(jié)構(gòu)（含裂紋相互作用）和多局部多部位損傷結(jié)構(gòu)。根據(jù)這三類結(jié)構(gòu)的特征分別建立了其概率損傷容限分析模型，并給出了其實用的分析