[发明专利]一种复合材料结构件的修理容限确定方法

说明书

本发明公开了复合材料技术领域的一种复合材料结构件的修理容限确定方法，通过仿真获取复合材料结构件在整个寿命周期内不同类型的损伤发生的次数；根据损伤发生的次数，仿真出损伤发生的时间，并依次生成与不同类型的损伤相应的损伤尺寸、损伤尺寸对应的损伤概率、损伤发生到损伤被检测出所经过的检查间隔的次数、损伤被检测到的时间、损伤后复合材料结构件的剩余强度；根据复合材料结构件的剩余强度和修理容限生成相应的修理方案，并计算复合材料结构件在整个寿命周期内的失效概率和维修成本，从安全性角度确定修理下限，从经济性角度确定修理上限。复合材料结构件的修理容限确定方法能对复合材料结构件的修理上限和修理下限进行准确界定。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料结构件的修理容限确定方法。

背景技术

飞机结构的损伤检查、评估与修理是保障飞机安全、可靠以及经济运营的重要环节。随着复合材料结构在飞机上的大量使用，越来越多的复材结构从次要结构向主要结构过度，复材的损伤检测以及修理也成为日益突出的问题。与金属结构不同，复材结构大多采用“损伤无扩展”设计理念，且其对冲击载荷较为敏感，因此复材结构的寿命预测、剩余强度评估以及修理容限评估等也成为了复合材料研究的难点。对于复材结构，最关键的是解决何时检查、何时修理的问题。修理下限正是“修还是不修”的界限，而修理上限确定的是“能不能修”的界限。

现有国外民机(如波音、空客等)的结构修理手册(SRM)等文件中规定了特定复合材料结构的检查间隔、修理容限以及修理措施。当某一结构发生超手册问题时，修理容限无章可循，只能依赖于国外民机原始制造商(OEM)，这也大大增加了航空公司的时间成本和经济负担。对于国产民机而言，这一问题尤为突出。现有的研究通过收集航空公司的实际损伤检查及维修数据，获取某一损伤形式下损伤尺寸的概率分布，开发了基于概率评估的复合材料结构修理容限评估方法，但其未考虑损伤尺寸分布的更新对修理上限和修理下限的影响，因此仿真结果不够准确，在工程实践中难以实施。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种复合材料结构件的修理容限确定方法，能对复合材料结构件的修理上限和修理下限进行准确界定。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种复合材料结构件的修理容限确定方法，包括：通过仿真获取复合材料结构件在整个寿命周期内不同类型的损伤发生的次数；根据损伤发生的次数，仿真出损伤发生的时间，并依次生成与不同类型的损伤相应的损伤尺寸、损伤尺寸对应的损伤概率、损伤发生到损伤被检测出所经过的检查间隔的次数、损伤被检测到的时间、损伤后复合材料结构件的剩余强度；根据复合材料结构件的剩余强度和修理容限生成相应的修理方案，并计算复合材料结构件在整个寿命周期内的失效概率和维修成本，从安全性角度确定修理下限，从经济性角度确定修理上限。

进一步地，所述生成与不同类型的损伤相应的损伤尺寸，包括：基于复合材料结构件的历史损伤检查数据，通过拟合得到损伤尺寸的概率分布函数，对于新收集的损伤尺寸数据，通过贝叶斯理论更新损伤尺寸的实际分布。

进一步地，对于新收集的损伤尺寸数据，其似然函数为：

其中，a为损伤尺寸样本，ξ为损伤尺寸的截尾值，k为形状参数，θ为尺度参数，Γ(k)为Gamma函数，P_D(x)为损伤尺寸x被检测出的概率。

进一步地，所述生成与不同类型的损伤相应的损伤尺寸，其中，损伤尺寸的实际分布用Gamma分布来描述。

进一步地，由贝叶斯定理，由新收集的损伤尺寸数据可更新Gamma分布的两个参数：

f_u(k,θ|a₁,a₂,...,a_n)∝L(a₁,a₂,...,a_n|a＞ξ,k,θ)f₀(k,θ) (17)