[发明专利]一种筋条整体壁板损伤容限优化方法

说明书

本发明属于飞机结构损伤容限设计领域，公开了一种筋条整体壁板损伤容限优化方法，包括整体壁板加筋比的确定、筋条敏感参数识别、结构尺寸优化矩阵的建立、含裂纹整体壁板有限元模型建立、应力强度因子k的计算、裂纹扩展寿命的计算，以及通过不同尺寸下裂纹扩展寿命的对比确定最优结构参数。

技术领域

本发明属于飞机结构损伤容限设计领域，特别是涉及到一种筋条整体壁板损伤容限优化方法。

背景技术

整体壁板由于具有疲劳性能好、制造简单、结构重量轻的优点，已经在多个中大型飞机结构中得到应用。但是，与传统的铆接壁板相比，整体壁板缺乏天然止裂原件——长桁与蒙皮连接的铆钉，使得损伤容限性能较差，因此如何通过筋条的优化设计来提高整体壁板的损伤容限特性，是整体壁板用于飞机结构的重要设计点。在过去几年里，整体壁板在结构设计时，一般关注静强度性能，若满足要求，仅仅对壁板是否满足损伤要求进行被动式校核，而没有进行主动的损伤容限优化，这就使得壁板的裂纹扩展性能不能达到最优，没有最大限度的提高损伤容限性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种筋条整体壁板损伤容限优化方法，解决在整体壁板优化设计上流程和方法缺乏的问题，从而最大程度上挖掘整体壁板的损伤容限性能，保证飞机使用安全。该方法也可以借鉴用于其他筋条形式的整体壁板损伤容限优化设计。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种筋条整体壁板损伤容限优化方法，包括以下步骤：

S1，确定筋条整体壁板的多组待优化参数，组成优化矩阵；

S2，选择所述优化矩阵中的一组筋条参数；

S3，建立至少含有两根筋条的整体壁板有限元模型，并在中心蒙皮处假设初始长度为a的穿透裂纹；

S4，在所述有限元模型中扩展所述穿透裂纹，并计算所述一组筋条参数下的裂纹扩展寿命；

S5，比较不同筋条参数下的裂纹扩展寿命，选取裂纹扩展寿命最大的筋条参数为最优结果，在所述最有结果下整体壁板损伤容限性能最好。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)S1，具体为：

S11，给定蒙皮厚度,桁距，根据加筋比、蒙皮厚度以及桁距计算筋条截面积；

S12，给定整体壁板的弯曲刚度、重量指标，根据弯曲刚度、重量指标确定筋条尺寸的敏感性参数；所述敏感性参数为：筋条厚度、长桁高度和缘条宽度；

S13，根据筋条截面积，在筋条厚度、长桁高度和缘条宽度的合理范围内确定出多组筋条厚度、长桁高度和缘条宽度的值；将蒙皮厚度、桁距、筋条厚度、长桁高度、缘条宽度组成优化矩阵。

(2)S4，具体为：

S41，获取应力强度因子随裂纹长度的变化曲线，且裂纹需扩展至穿过筋条；

S42，计算裂纹扩展寿命，获得该筋条参数下的裂纹扩展曲线；

S43，按照优化矩阵，选择下一组筋条参数，重复S3至S5，获得不同筋条参数下的裂纹扩展曲线及裂纹扩展寿命.

(3)S41，具体为：

其中K为应力强度因子，β为无量纲应力强度因子，σ为参考应力，a为裂纹长度。

(4)S42具体为：采用walker公式计算裂纹扩展寿命N：

其中，R为应力比，C、m、q、n为材料常数。

(5)S11中，所述加筋比的确定方法为：