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基于寿命包线的飞机典型搭接结构腐蚀疲劳寿命预测

毕亚萍 张腾 何宇廷 张天宇 王长凯

毕亚萍,张腾,何宇廷,等. 基于寿命包线的飞机典型搭接结构腐蚀疲劳寿命预测[J]. 北京航空航天大学学报,2023,49(8):2200-2206 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0604
引用本文: 毕亚萍,张腾,何宇廷,等. 基于寿命包线的飞机典型搭接结构腐蚀疲劳寿命预测[J]. 北京航空航天大学学报,2023,49(8):2200-2206 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0604
BI Y P,ZHANG T,HE Y T,et al. Corrosion and fatigue life prediction of aircraft typical lap structures based on life envelope[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2023,49(8):2200-2206 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0604
Citation: BI Y P,ZHANG T,HE Y T,et al. Corrosion and fatigue life prediction of aircraft typical lap structures based on life envelope[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2023,49(8):2200-2206 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0604

基于寿命包线的飞机典型搭接结构腐蚀疲劳寿命预测

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0604
基金项目: 国家科技重大专项(J2019-Ⅰ-0016-0015); 国家自然科学基金(52005507,52175155)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:zt_gm@126.com

  • 中图分类号: V247+.45;TG498.1

Corrosion and fatigue life prediction of aircraft typical lap structures based on life envelope

Funds: National Science and Technology Major Project (J2019-Ⅰ-0016-0015); National Natural Science Foundation of China (52005507,52175155)
More Information
  • 摘要:

    针对飞机在腐蚀环境下服役的寿命预测问题,开展了某型飞机机身壁板搭接结构的腐蚀-疲劳交替试验。基于试验结果和飞机结构寿命包线理论体系,建立了该型飞机机身壁板搭接结构在不同服役地区、不同飞行强度下的寿命包线,并基于寿命包线对其剩余寿命进行了预测。通过开展验证试验,将试验结果与计算结果进行对比,发现预测误差为17.4%。说明结构寿命包线是飞机典型搭接结构寿命预测的有力工具,其预测结果是飞机服役过程中检修周期及寿命管理的一项重要参考依据。

     

  • 图 1  试验件构型

    Figure 1.  Test piece configuration

    图 2  试验件表面

    Figure 2.  Surface of the test piece

    图 3  试验夹具与试验件装配图

    Figure 3.  Assembly diagram of test fixture and test piece

    图 4  疲劳试验现场

    Figure 4.  Fatigue test site

    图 5  腐蚀试验现场

    Figure 5.  Corrosion test site

    图 6  某型飞机机身壁板搭接结构的结构寿命包线

    Figure 6.  Structural life envelope of a fuselage wall panel lap structure for an aircraft type

    图 7  某型飞机机身壁板搭接结构在甲、乙、丙、丁4个地区的结构寿命包线

    Figure 7.  Structural life envelope of certain aircraft fuselage panel overlap structure in areas A, B, C and D

    表  1  纯疲劳试验结果

    Table  1.   Fatigue test results

    试验件编号疲劳寿命/周期对应飞行小时数/efh
    0-1138 32417 290.5
    0-2176 77122 096.4
    0-3195 42024 427.5
    0-4134 19416 774.3
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    表  2  腐蚀-疲劳交替试验结果

    Table  2.   Results of alternating corrosion and fatigue tests

    总腐蚀时间/h试验件编号疲劳寿命/周期对应飞行小时数/efh
    3251-190 48511 310.6
    1-2113 47014 183.8
    1-3128 70516 088.1
    1-4 151 690 18 961.3
    9752-1 110 077 13 759.6
    2-2103 17612 897.0
    2-377 767 9 720.9
    2-4 73 6079 200.9
    13003-165 4698 183.6
    3-293 48511 685.6
    3-3 94 00311 750.4
    3-460 460 7 557.5
    16254-187 46310 932.9
    4-2 75 5089 438.5
    4-352 7566 594.5
    4-460 6347 579.3
    19505-1 68 9978 622.1
    5-287 10210 887.8
    5-3 53 8666 733.3
    5-448 0956 011.9
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    表  3  不同腐蚀年限下的疲劳寿命与腐蚀影响系数

    Table  3.   Fatigue life and corrosion impact factor for different corrosion years

    试验腐蚀时间/h等效腐蚀年限/a对应飞行小时数/efhC(T)
    0 020 147.21.000 0
    32510.0015 135.90.751 3
    97530.0011 394.60.565 6
    1 30040.009 794.30.486 1
    1 62550.008 636.30.428 7
    1 95060.008 064.40.400 3
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    表  4  不同地区的结构寿命包线

    Table  4.   Structural life envelops for different regions

    服役
    地区
    防护层
    有效期/a
    对应飞行
    小时数/efh
    C(T)曲线公式相关系数
    6.1420 147.2C(T)=1−0.078 4T0.504 00.997
    4.1020 147.2C(T)=1−0.091 3T0.504 00.997
    3.0820 147.2C(T)=1−0.115 4T0.503 80.997
    2.4820 147.2C(T)=1−0.120 2T0.504 30.997
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    表  5  验证试验加载条件与假设服役历程对应关系

    Table  5.   Correspondence between validation test loading conditions and assumed service history

    服役
    地区
    飞行强度/
    (efh·a−1
    服役
    年数/a
    试验腐蚀
    周期/h
    试验疲劳
    循环数/周期
    2725.1011 100
    2400.70 1 350
    2402.5110 4 800
    1874304 6 000
    2543.2224 6 500
    待求8260疲劳加载至断裂
     注:在甲地服役的5.1 a和乙地服役的前0.7 a,防护体系未失效,试验中为纯疲劳加载。
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    表  6  模拟结构转场服役/使用的腐蚀-疲劳交替试验结果

    Table  6.   Results of alternate corrosion and fatigue tests simulating transfer of structure into service/use

    试验件编号疲劳寿命/周期对应飞行小时数/efh
    6-172 3259 040.6
    6-2103 27412 909.3
    6-3103 84312 980.4
    6-466 7918 348.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-09
  • 录用日期:  2022-09-09
  • 网络出版日期:  2022-11-19
  • 整期出版日期:  2023-08-31

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