[发明专利]一种随机载荷谱加重下的单裂纹扩展寿命估算方法

说明书

本发明涉及金属材料损伤容限分析技术，特别涉及一种随机载荷谱加重下的单裂纹扩展寿命估算方法，具体包括如下步骤：将所述预定的不同循环次数处理为对应随机载荷谱的谱块数；通过以谱块数为单位的类Paris公式进行计算；得到预定的不同加重随机谱下与未加重随机谱下的单裂纹扩展寿命之间的关系；获得预定的不同加重随机谱下的裂纹扩展寿命。本发明从多方面考虑了影响单裂纹扩展的影响因素，克服了随机谱下裂纹扩展寿命的不确定性，估算公式简单，适合工程应用，并且有效减少了试验数量，降低了试验成本。

技术领域

本发明涉及金属材料损伤容限分析技术，特别涉及一种随机载荷谱加重下的单裂纹扩展寿命估算方法。

背景技术

现代飞机设计目标寿命越来越长，如我国研制的ARJ21-700飞机设计目标寿命达60000飞行小时(或60000飞行起落、或30年日历寿命)，大型客机C919飞机设计目标寿命达90000飞行小时(或60000飞行起落、或30年日历寿命)；但是，这么长的设计目标寿命在进行地面损伤容限验证试验时会花费非常长的时间，这与目前飞机研制周期完全不匹配，需要采取各种措施加快损伤容限的试验周期。

目前常用的一种加快损伤容限试验周期的方法是载荷加重。例如空客A-320和Boeing 777的尾翼结构采用了大量的复合材料，它们在适航疲劳验证试验中，将疲劳试验载荷放大1.25倍，疲劳寿命的分散系数取2。Beech公司在Starship全复合材料公务飞机耐久性试验中，也采用了载荷加重的方法，试验时通过多组试样在不同载荷水平疲劳寿命试验确定载荷放大系数为1.15。在金属与复合材料混合结构的飞机结构疲劳试验中，也采用载荷加重的方法，例如空客A-340和A-380在全机疲劳试验中，就采用了载荷加重系数1.1和分散系数2.5的匹配关系。但是，这些思路主要是针对结构疲劳试验，而且需要进行大量试验去获得加重系数与分散系数之间的关系，这些做法不能实现对裂纹扩展试验的评估。

发明内容

本发明的目的是提供了一种随机载荷谱加重下的单裂纹扩展寿命估算方法，实现单裂纹扩展寿命的估算。

本发明的技术方案是：

一种随机载荷谱加重下的单裂纹扩展寿命估算方法，包括如下步骤：

步骤一、通过未加重随机谱下的单裂纹扩展试验获得预定的不同循环次数对应的裂纹长度数据；

步骤二、在预定的随机谱循环周期条件下，将所述预定的不同循环次数处理为对应随机载荷谱的谱块数；

步骤三、通过如下以谱块数为单位的类Paris公式(1)，计算不同裂纹长度下的应力强度因子变化范围ΔK和基于谱块数的裂纹扩展速率da/dM：

da/dM＝C_EQ(ΔK)^P (1)；

其中，a为单裂纹长度，M为随机谱的谱块数，C_EQ为类Paris公式中的系数参数，P为类Paris公式中的指数参数，ΔK为应力强度因子变化范围；

步骤四、通过如下公式(2)，得到类Paris公式中的参数C_EQ和P：

X＝(A^TA)^-1A^TB (2)；

式中：

其中，n为da/dM对应不同ΔK的数据对的索引；

步骤五、根据如下公式(6)，得到预定的不同加重随机谱下与未加重随机谱下的单裂纹扩展寿命之间的关系：