一种快速计算复杂整体结构剩余强度载荷的方法

技术领域

本申请属于飞机结构损伤容限设计技术领域，特别涉及一种快速计 算复杂整体结构剩余强度载荷的方法。

背景技术

复杂整体结构是一种结构及受力复杂，一般用于大中型飞机中需要传 递集中载荷的地方，该结构例如有尾翼与机身连接接头、起落架与机体 连接接头等。这类复杂整体结构几何形面不规则、相对复杂，往往承受 较大的载荷，其失效会直接影响飞机的飞行安全，因此其安全性设计要 求非常高。剩余强度计算作为结构损伤容限设计的重要一环，同时，对 于大型接头之类的复杂整体结构，相对于裂纹扩展分析，更注重含裂结 构的剩余强度计算，因此，复杂整体结构的剩余强度值的准确、快速评 估至关重要。

目前在复杂整体结构剩余强度计算上主要存在两大问题，一是计算工 作复杂、效率低，二是计算精度不高，与试验结果误差较大，这主要是 由于有限元网格计算精度不够和采用较为保守的平面应变断裂韧性值引 起的。因为复杂整体结构几何形面的复杂性本身就制约了高精度网格的 实现和断裂韧性值的准确选取，从而制约了复杂整体结构的剩余强度值 的准确、快速评估，因此这两个方面比较难以解决。

发明内容

本申请的目的是提供了一种X，以解决或减轻背景技术中的至少一个 问题。

本申请的技术方案是：一种X。

本申请的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地 介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的快速计算复杂整体结构剩余强度载荷的方法流程图。

图2为本申请一实施例的复杂整体(锁勾接头)无裂纹的模型示意图。

图3为本申请一实施例的复杂整体(锁勾接头)裂纹模型放大示意图。

图4为本申请一实施例的应力强度因子随外载变化曲线示意图。

图5为本申请一实施例的不同裂纹长度下结构剩余强度

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描 述。

如图1所示，本申请提供的快速计算复杂整体结构剩余强度载荷的方 法主要包括以下步骤：

步骤S1：建立该复杂整体结构的无裂纹三维实体有限元模型。

如图2所示，在本申请实施例中，该复杂整体结构为某飞机舱门锁钩 接头，根据给定的飞机舱门锁钩接头在Abaqus有限元环境中建立该结构 的无裂纹三维实体有限元模型。

在本申请优选实施例中，仅对起裂区域采用六面体网格，其余部位 采用自由四面体网格，以减少网格划分工作量。

步骤S2：嵌入含裂纹长度a的裂尖奇异元网格。

如图3所示，该实施例中在舱门锁钩接头的易产生裂纹的结构连接部 位预设了裂纹。

步骤S3：计算不同外载荷下裂尖应力强度因子值。

在本申请中，外载荷的数量不低于三个，其数量越多对于后续步骤 中的曲线拟合也越精准，但相应的计算量也会增多。在该实施例中，外 载荷为三个，即P1＝60KN、P2＝120KN和P3＝180KN，并分别计算获得了 裂尖应力强度因子值

步骤S4：通过数据拟合获得应力强度因子K随外载荷P变化的P-K曲 线。

如图3所示为上述实施例中的应力强度因子K与外载荷P的拟合曲线。

步骤S5：查取该复杂整体结构所采用材料的平面应变断裂韧性值 K

该实施例中，舱门锁勾接头的材料为7050-T7451铝合金，通过查取该 材料的平面应变断裂韧性值，可知

步骤S6：考虑到计算模型精度以及材料平面应变断裂韧性值K

该实施例中，通过试验得到的剩余强度载荷*P＝110.3KN。

步骤S7：根据初步的剩余强度载荷及试验得到的剩余强度载荷计算 平面应变断裂韧性值K

该实施例中，修正系数ξ＝*P/P＝105.3/100.3＝1.08。

步骤S8：给定任意的裂纹长度，重复步骤S2～S5，可获得任意裂纹 长度下的P-K曲线族，其中，此次步骤S5中插值时采用的平面应变断裂韧 性值K

如图4所示，假定不同的裂纹长度10mm、20mm、30mm等，分别重 复步骤S2～S5，可获得多个裂纹长度下P-K曲线。步骤S5中插值时采用修 正后的平面应变断裂韧性值ξ×K

本申请结合传统断裂力学计算与试验修正，提供了一种快速计算复 杂整体结构剩余强度载荷的方法，采用本方法确定的任意裂纹长度下的 复杂整体结构的剩余强度值，其精度较高，同时计算过程简单，效率高， 其结果用于指导该类结构的损伤容限设计更能保证飞机的安全使用，解 决了飞机结构中采用复杂整体结构高效、高精度损伤容限评估的难题。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此， 本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。