[发明专利]一种基于概率统计理论的飞机复合材料结构冲击能量截止值确定方法

说明书

一种基于概率统计理论的飞机复合材料结构冲击能量截止值确定方法，此方法填补商用飞机复合材料结构能量截止值确定方法的空白，改变了直接照搬空客波音经验数据的历史，旨在整个使用寿命期内保证结构完整性，在保证其安全可靠的前提下，采用概率统计理论，对飞机复合材料结构在组装、运营、维护期间的实际损伤数据进行全面研究，最终形成一套科学、完整、系统的能量截止值确定方法。

技术领域

本发明涉及大型民用运输机复合材料结构冲击能量截止值确定方法，属于复合材料机体结构静强度、损伤容限设计方法和符合性认证方法。

背景技术

在飞机整个使用寿命期间，复合材料主结构可能遭遇的最危险损伤是外来物意外冲击事件所产生的损伤。当复合材料主结构发生严重冲击损伤，直到损伤被发现前，其余结构应能承受合理的载荷而不发生破坏或过度的结构变形。基于以上的复合材料结构设计特点及要求，对于民用飞机复合材料结构设计，咨询通告AC20-107B中对结构损伤提出了明确而详细的强度要求：需进行损伤威胁评估，确定复合材料结构的损伤源、损伤形式、损伤类型及各部位的能量截止值，并试验和分析对比各类损伤情况及损伤对强度的影响，确定各种损伤分类及各类损伤的剩余强度要求。另外，损伤容限设计规范中也明确提出了冲击能量截止值的概念，冲击能量截止值与损伤可检门槛值成为复合材料结构损伤容限设计中两项重要参数。在飞机设计中，冲击能量截止值是对飞机在服役过程中冲击威胁评定得来的，因此对冲击威胁评定而得到冲击能量截止值是飞机结构损伤容限设计的必然要求。

对于冲击能量截止值的确定，目前国际上通用的方法有确定性方法和概率半概率方法，FAA简单把外来物冲击情况分成三种威胁方案来描述，分别是高威胁方案、中威胁方案以及低威胁方案，这些方案都认为冲击能量按Weibull分布(见附图1)。图中假设了最常见的冲击能量水平和一个与稀有冲击事件对应的能量水平(100ft-lb即136J)，这种方法难以全面覆盖飞机复合材料主结构的真实情况。波音公司采用的是确定性方法，对于所有需要考虑的结构采用接近上边界截止值。波音公司对极限载荷采用了在飞机整个寿命期内，不超过10％的飞机所遭受冲击事件能量会等于或高于冲击损伤上限，对限制载荷分析则没有考虑冲击损伤能量水平的上限，这种方法带来了不必要的保守设计。

由于复合材料商用飞机应用起步较晚，并未研发出标准的冲击能量截止值确定方法，大多借鉴波音空客的经验数据直接使用，这样不但不能真实反映飞机运营过程中的受冲击情况，而且可能带来过于保守的设计。本发明结合实际使用数据和概率统计方法来确定冲击能量截止值。

发明内容

针对以上问题，本发明创造提出了一种基于概率统计理论的飞机复合材料结构冲击能量截止值确定方法，此方法填补商用飞机复合材料结构能量截止值确定方法的空白，改变了直接照搬空客波音经验数据的历史，旨在整个使用寿命期内保证结构完整性，在保证其安全可靠的前提下，采用概率统计理论，对飞机复合材料结构在组装、运营、维护期间的实际损伤数据进行全面研究，最终形成一套科学、完整、系统的能量截止值确定方法。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种基于概率统计理论的飞机复合材料结构冲击能量截止值确定方法，其特征在于，其步骤为：

1)定义两个能量截止值出现的概率P_a以及能量截止值计算公式：

P_a＝P_o×P_e

其中：P_a——每次飞行遇到能量E≥E_co的冲击概率；

P_o——冲击事件出现概率；

P_e——冲击事件中损伤能量大于E_co的概率；