第1章 绪 论………………………………………………………………………… 1
1.1 飞机结构设计思想的演变…………………………………………………… 1
1.2 飞机结构强度设计准则……………………………………………………… 2
第2章 疲劳破坏特性和金属材料的疲劳强度……………………………………… 6
2.1 疲劳破坏的特征……………………………………………………………… 6
2.2 疲劳破坏断口和疲劳裂纹扩展过程………………………………………… 6
2.3 疲劳应力与持久极限………………………………………………………… 8
2.4 材料疲劳性能的S N 曲线……………………………………………… 10
2.5 影响疲劳强度的一些因素…………………………………………………… 12
习 题……………………………………………………………………………… 14
第3章 飞机结构疲劳设计………………………………………………………… 15
3.1 疲劳设计的目的……………………………………………………………… 15
3.2 疲劳分析原理………………………………………………………………… 15
3.3 疲劳设计的基本步骤………………………………………………………… 16
3.4 飞机的疲劳载荷谱…………………………………………………………… 16
3.5 结构疲劳设计的一般方法…………………………………………………… 18
3.6 疲劳试验……………………………………………………………………… 24
习 题……………………………………………………………………………… 25
第4章 民用飞机结构疲劳设计方法……………………………………………… 26
4.1 疲劳分析准则………………………………………………………………… 26
4.2 结构细节疲劳设计———DFR方法………………………………………… 29
4.3 民用飞机使用载荷和载荷谱的特点………………………………………… 31
4.4 疲劳强度分析………………………………………………………………… 32
习 题……………………………………………………………………………… 32
第5章 军用飞机结构疲劳设计方法……………………………………………… 33
5.1 军用飞机载荷谱特点………………………………………………………… 33
5.2 军用飞机结构疲劳和耐久性分析…………………………………………… 35
习 题……………………………………………………………………………… 37
第6章 结构抗疲劳设计方法和要求……………………………………………… 38
6.1 结构布局和细节设计………………………………………………………… 38
6.2 材料选择原则………………………………………………………………… 39
6.3 制造工艺……………………………………………………………………… 39
6.4 防腐设计措施………………………………………………………………… 39
习 题……………………………………………………………………………… 40
第7章 结构损伤容限设计概述…………………………………………………… 41
7.1 飞机结构损伤容限设计概念………………………………………………… 41
7.2 损伤容限设计的技术目标…………………………………………………… 43
习 题……………………………………………………………………………… 44
第8章 损伤容限设计理论基础…………………………………………………… 45
8.1 裂纹面开裂类型……………………………………………………………… 45
8.2 应力强度因子………………………………………………………………… 46
8.2.1 含中心裂纹无限大板的应力场和位移场…………………………… 46
8.2.2 应力强度因子………………………………………………………… 51
8.3 裂纹尖端的塑性区…………………………………………………………… 55
8.3.1 Irwin塑性区模型…………………………………………………… 56
8.3.2 应力松弛的修正……………………………………………………… 56
8.3.3 等效裂纹长度与应力强度因子的修正……………………………… 57
8.3.4 Dugdale模型………………………………………………………… 59
8.3.5 塑性区形状…………………………………………………………… 60
8.4 能量释放率…………………………………………………………………… 64
8.4.1 能量释放率定义……………………………………………………… 64
8.4.2 能量释放率G 的计算或确定……………………………………… 66
8.4.3 能量释放率G 与应力强度因子K 的关系………………………… 68
8.5 J 积分……………………………………………………………………… 69
8.5.1 J 积分定义及其守恒性……………………………………………… 70
8.5.2 线弹性条件下J 积分与K 和G 的关系…………………………… 75
8.5.3 J 积分准则及其应用………………………………………………… 77
8.6 裂纹尖端张开位移(COD) ………………………………………………… 78
8.6.1 COD定义…………………………………………………………… 78
8.6.2 COD的计算方法…………………………………………………… 80
8.6.3 COD准则…………………………………………………………… 82
8.6.4 J 积分与COD的关系……………………………………………… 83
习 题……………………………………………………………………………… 83
第9章 飞机结构损伤容限设计…………………………………………………… 85
9.1 结构损伤容限设计要求……………………………………………………… 85
9.2 损伤容限结构类型和危险部位选择………………………………………… 86
9.2.1 损伤容限结构类型…………………………………………………… 86
9.2.2 结构设计类型的选择原则…………………………………………… 89
9.2.3 危险部位的选择……………………………………………………… 89
9.3 损伤容限设计原则和要点…………………………………………………… 91
9.4 损伤容限设计的内容和步骤………………………………………………… 94
习 题……………………………………………………………………………… 100
第10章 结构剩余强度分析……………………………………………………… 102
10.1 结构剩余强度概要………………………………………………………… 102
10.1.1 结构破坏模式和破坏准则………………………………………… 102
10.1.2 结构的剩余强度要求……………………………………………… 103
10.1.3 剩余强度载荷……………………………………………………… 104
10.2 断裂判据…………………………………………………………………… 105
10.2.1 断裂韧度…………………………………………………………… 105
10.2.2 断裂判据…………………………………………………………… 108
10.2.3 净截面屈服判据…………………………………………………… 114
10.2.4 平面应力问题的工程方法………………………………………… 114
10.3 剩余强度分析方法和步骤………………………………………………… 116
习 题……………………………………………………………………………… 118
第11章 疲劳裂纹扩展和检查周期的确定……………………………………… 119
11.1 恒幅疲劳裂纹扩展分析…………………………………………………… 119
11.2 影响疲劳裂纹扩展的主要因素…………………………………………… 124
11.2.1 应力比R(或平均应力σm)的影响……………………………… 124
11.2.2 环境影响…………………………………………………………… 128
11.2.3 加载频率的影响…………………………………………………… 135
11.2.4 材料厚度的影响…………………………………………………… 135
11.2.5 应力强度因子变程ΔK 很高和很低时裂纹扩展速率的特点…… 137
11.2.6 超载的影响………………………………………………………… 137
11.3 变幅载荷下裂纹扩展分析………………………………………………… 138
11.3.1 变幅载荷下疲劳裂纹扩展的特点………………………………… 138
11.3.2 考虑超载迟滞效应的计算模型…………………………………… 142
11.3.3 裂纹扩展寿命的计算……………………………………………… 149
11.3.4 腐蚀疲劳裂纹扩展速率的计算公式……………………………… 150
习 题……………………………………………………………………………… 152
第12章 飞机典型金属结构损伤容限设计实例……………………………………… 154
12.1 加劲板结构的断裂分析…………………………………………………… 154
12.2 机翼与机身连接接头的损伤容限设计…………………………………… 162
习 题……………………………………………………………………………… 166
第13章 飞机复合材料结构疲劳和损伤容限设计……………………………… 167
13.1 复合材料的力学性能和制造工艺特点…………………………………… 167
13.1.1 复合材料的制造工艺特点………………………………………… 167
13.1.2 复合材料的力学性能特点………………………………………… 168
13.2 复合材料疲劳与损伤特性………………………………………………… 169
13.2.1 复合材料损伤特性………………………………………………… 169
13.2.2 复合材料疲劳特性………………………………………………… 175
13.2.3 复合材料结构疲劳和损伤的主要特点…………………………… 177
13.3 复合材料结构疲劳设计…………………………………………………… 177
13.3.1 复合材料层合板的疲劳特性……………………………………… 177
13.3.2 疲劳寿命估算方法………………………………………………… 178
13.3.3 复合材料结构疲劳载荷谱的特点………………………………… 179
13.3.4 复合材料疲劳寿命分散性………………………………………… 180
13.4 复合材料结构损伤容限设计……………………………………………… 182
13.4.1 复合材料损伤容限设计要求的演变……………………………… 182
13.4.2 复合材料结构损伤扩展设计概念………………………………… 183
13.4.3 复合材料剩余强度预测方法……………………………………… 184
13.4.4 军用飞机复合材料结构损伤容限设计要求……………………… 187
13.4.5 民用飞机复合材料结构损伤容限设计与验证…………………… 188
习 题……………………………………………………………………………… 194
附录A ……………………………………………………………………………… 195
A.1 可靠性准则………………………………………………………………… 195
A.2 确定DFR的方法………………………………………………………… 198
A.3 标准S N 曲线…………………………………………………………… 199
附录B ……………………………………………………………………………… 203
B.1 地—空—地循环特性……………………………………………………… 203
B.2 疲劳强度分析……………………………………………………………… 205
参考文献……………………………………………………………………………… 209
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