民用飞机金属结构耐久性与损伤容限设计PDF电子书下载

1 损伤容限和疲劳评定的适航条例分析 1

1.1 耐久性与损伤容限的发展历程 1

1.2 民用飞机的结构设计概念 2

1.3 民用航空飞行案例 4

1.4 现行有效的适航条例 7

1.4.1 CCAR25.571（结构的损伤容限和疲劳评定） 7

1.4.2 CCAR25.1529（持续适航文件）条款 9

1.4.3 CCAR25附录H（持续适航文件） 9

1.5 适航条例的演变与分析 10

1.6 民用飞机适航审查程序 14

1.6.1 审查程序 14

1.6.2 民用飞机适航符合性方法 15

1.6.3 适航验证试验的审查要求和程序 15

1.6.4 技术资料和试验的工程评审 17

1.7 表明适航符合性的工作程序 23

1.7.1 掌握适航法规 23

1.7.2 提供证据表明符合法规 23

1.7.3 执行法规的法律程序 24

2 符合适航要求的验证技术途径分析 25

2.1 适航符合性方法的确定 25

2.1.1 符合性方法 25

2.1.2 CCAR25.571条款的验证技术途径分析 26

2.1.3 CCAR25.1529条款的验证技术途径分析 28

2.1.4 CCAR25附录H的验证技术途径分析 28

2.2 确定审定大纲与验证项目 29

2.3 适航符合性审查与验证 29

2.3.1 审查内容 29

2.3.2 适航合格审定计划 30

2.4 适航符合性验证计划的实施 30

2.5 符合适航要求的顶层设计文件制订 31

3 耐久性与损伤容限评定的技术原理 32

3.1 符合CCAR25.571条款的技术方案 32

3.1.1 技术流程分析 32

3.1.2 技术方案的内容 32

3.1.3 符合CCAR25.571条款的工作内容 32

3.2 符合适航要求的专业管理体制 34

3.3 飞机的设计服役目标确定 35

3.4 结构设计要素及结构分类 36

3.4.1 损伤容限结构基本概念 36

3.4.2 损伤容限三要素 37

3.4.3 结构设计要素 38

3.4.4 结构分类 38

3.4.5 PSE项目确定原则 39

3.5 载荷环境与载荷谱 40

3.6 损伤容限评定 40

3.7 疲劳评定 42

3.8 声疲劳强度评定 42

3.9 离散源损伤容限评定 42

3.10 结构持续适航文件编制 43

3.10.1 结构维护说明书 43

3.10.2 结构检查大纲 43

3.10.3 无损检测手册 44

3.10.4 结构修理手册 44

3.10.5 适航限制项目 44

3.11 疲劳与损伤容限试验 44

3.11.1 工程研究试验 44

3.11.2 分析方法验证试验 45

3.11.3 适航符合性验证试验 45

4 民用飞机结构长寿命设计 47

4.1 长寿命结构设计目的、要求与准则 47

4.1.1 设计目的 48

4.1.2 设计要求及准则 48

4.2 结构总体设计技术 49

4.2.1 结构总体布置设计技术研究 49

4.2.2 结构选材 50

4.2.3 主结构总体设计技术研究 52

4.2.4 损伤容限结构的设计 54

4.3 结构细节设计技术 57

4.3.1 使用先进的连接 57

4.3.2 降低应力集中的设计措施 60

4.3.3 减缓裂纹扩展和止裂的设计措施 64

4.3.4 防止广布疲劳损伤的设计措施 65

4.3.5 结构细节疲劳评估方法的应用 65

4.4 加工工艺选择与控制 66

4.4.1 强化技术的应用 66

4.4.2 制造和装配的控制 66

4.5 结构的防腐蚀设计 67

4.5.1 一般原则 67

4.5.2 防腐蚀结构设计 67

4.5.3 防应力腐蚀和腐蚀疲劳的措施 69

4.5.4 排水系统及通风 71

4.5.5 结构件的表面防护 73

4.6 结构的维修性设计 75

4.6.1 可达性设计 75

4.6.2 可检性设计 75

4.6.3 可维修性设计 76

4.6.4 飞机预定维修大纲的制订MSG-3 77

5 民用飞机结构载荷谱与环境谱制定 80

5.1 载荷谱编制要求与思路 80

5.1.1 载荷谱编制要求 80

5.1.2 载荷谱编制思路 80

5.2 飞机的使用及典型任务剖面确定 80

5.2.1 飞机的使用及典型任务剖面确定 80

5.2.2 最小设计服役目标（MDSO）准则 80

5.2.3 飞行时间准则 81

5.2.4 任务段 82

5.2.5 标准使用情况 82

5.2.6 最小分析范围 83

5.3 使用情况与载荷说明 85

5.4 疲劳载荷环境 88

5.4.1 维护牵引谱 89

5.4.2 地面转弯扭矩谱 89

5.4.3 地面转弯侧向载荷谱 89

5.4.4 地面滑行谱 90

5.4.5 飞行机动谱 90

5.4.6 突风谱 91

5.4.7 着陆滑跑抖振谱 91

5.4.8 座舱压差 92

5.5 谱分析载荷谱 93

5.6 当量载荷谱 93

5.6.1 折算当量突风谱 93

5.6.2 离散当量突风谱 94

5.6.3 重心过载当量谱 94

5.7 飞—续—飞谱 95

5.7.1 编谱方案 95

5.7.2 载荷谱的分块 95

5.7.3 飞—续—飞疲劳载荷谱的构成 95

5.7.4 高载截取的载荷水平 96

5.7.5 低载截除的载荷水平 96

5.7.6 飞行类型的定义 96

5.7.7 载荷次序的生成 96

5.8 部件应力谱 96

5.9 使用环境与环境谱 96

5.10 载荷谱 98

5.10.1 疲劳分析载荷谱 98

5.10.2 损伤容限分析载荷谱 98

5.10.3 疲劳／损伤容限疲劳试验载荷谱 98

6 民用飞机结构疲劳强度分析 99

6.1 民用飞机结构疲劳分析概述 99

6.1.1 方法 99

6.1.2 定义 99

6.2 结构细节DFR许用值确定 100

6.2.1 DFR确定方法 100

6.2.2 DFRcutoff截止值 100

6.2.3 DFRbase基准值 101

6.2.4 修正系数 103

6.2.5 特殊DFR系数Rc 104

6.2.6 双向受载情况的许用值 104

6.2.7 超差处理的应用 104

6.3 结构可靠性系数的选择 104

6.4 DFR方法分析步骤 105

6.4.1 DFR方法的基本假设 105

6.4.2 DFR方法分析步骤 105

6.5 疲劳强度结论的分析与使用 106

7 腐蚀环境下的疲劳分析 107

7.1 腐蚀对飞机结构疲劳性能的影响 107

7.2 DFR的腐蚀影响系数 108

7.3 腐蚀环境下的DFR分析方法 109

7.4 分析方法的试验研究 110

7.4.1 DFR方法的试验研究 110

7.4.2 典型结构的疲劳分析与试验验证 111

7.5 腐蚀环境下疲劳强度结论的分析与使用 114

7.5.1 一般环境下的疲劳寿命分析 114

7.5.2 腐蚀环境下的疲劳寿命分析 115

8 民用飞机结构损伤容限评定 118

8.1 民用飞机结构损伤容限评定步骤 118

8.2 裂纹扩展分析方法 120

8.2.1 裂纹扩展分析的步骤 121

8.2.2 开裂模式 121

8.2.3 初始裂纹尺寸 123

8.2.4 裂纹扩展模型 125

8.3 剩余强度分析方法 128

8.3.1 剩余强度载荷要求 129

8.3.2 剩余强度许用值 129

8.3.3 允许的最大损伤 129

8.4 广布疲劳损伤分析与评定方法初探 130

8.4.1 广布疲劳损伤的评定要求分析 130

8.4.2 广布疲劳损伤的评定方法研究 131

8.4.3 典型加筋壁板广布疲劳损伤容限分析与验 132

9 腐蚀环境下的损伤容限评定 135

9.1 腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展规律研究 135

9.2 腐蚀环境下的裂纹扩展分析 137

9.3 腐蚀环境下的剩余强度分析 138

10 疲劳与损伤容限试验验证技术 139

10.1 工程研究试验 139

10.1.1 材料性能试验 139

10.1.2 疲劳细节与工艺试验 140

10.1.3 结构设计研究试验 140

10.2 验证分析方法的试验 144

10.2.1 验证疲劳分析方法 144

10.2.2 验证损伤容限分析方法 145

10.2.3 载荷谱截取试验 147

10.3 适航符合性验证试验 147

10.4 全尺寸结构疲劳试验飞行任务剖面确定 148

10.4.1 全尺寸结构疲劳试验飞行任务剖面确定 148

10.4.2 最小设计服役目标的确定 148

10.5 全尺寸疲劳和损伤容限试验的实施方案 150

10.5.1 试验目的 150

10.5.2 试验内容及步骤 150

10.5.3 试验结果的分析与判断 151

10.5.4 疲劳和损伤容限试验检查 152

11 离散源损伤容限评定 153

11.1 离散源的类型及相关适航条款 153

11.1.1 离散源的类型 153

11.1.2 相关适航条款 153

11.2 抗离散源损伤的设计理念 154

11.2.1 抗离散源损伤的设计理念 154

11.2.2 离散源损伤容限设计要求 155

11.3 离散源损伤容限评定步骤 155

11.3.1 离散源损伤容限的评定框图 155

11.3.2 损伤容限（离散源）的评定步骤 156

11.4 离散源损伤的强度载荷确定 156

11.4.1 发生离散源事故时刻的载荷确定 156

11.4.2 离散源剩余强度载荷确定 156

11.5 鸟撞的分析与验证 157

11.5.1 鸟撞条款的理解 157

11.5.2 可能遭受鸟撞的部位 158

11.5.3 鸟撞的验证思路 158

11.5.4 鸟撞的分析 159

11.5.5 结构剩余强度分析 160

11.5.6 系统安全性分析 160

11.5.7 鸟撞损伤的安全性要求 161

11.5.8 鸟撞试验验证 162

11.6 转子爆破的分析与验证 163

11.6.1 转子爆破区域确定 163

11.6.2 转子爆破的总体布置设计 163

11.6.3 转子爆破的剩余强度分析 164

11.7 轮胎爆破的分析与验证 164

11.7.1 轮胎爆破的系统布置设计 164

11.7.2 轮胎爆破的保护设计 164

11.7.3 轮胎爆破的系统安全性分析 164

12 声疲劳强度评定 165

12.1 声激励环境的确定 165

12.1.1 声疲劳概念 165

12.1.2 声激励环境预测 165

12.1.3 声载荷 165

12.2 声疲劳分析方法 166

12.2.1 声疲劳分析方法选择 166

12.2.2 简化的声疲劳分析方法 166

12.2.3 通用的声疲劳分析方法 167

12.3 抗声疲劳结构设计 169

12.3.1 影响结构声疲劳的设计因素 169

12.3.2 抗声疲劳结构设计步骤 169

12.4 声疲劳的试验验证 170

12.4.1 声疲劳（S-N）曲线 170

12.4.2 声疲劳试验技术 171

12.4.3 声疲劳试验验证 171

13 持续适航文件的制订 172

13.1 持续适航文件内容 172

13.2 结构适航限制项目 172

13.3 结构检查大纲制订方法 173

13.4 结构检查大纲的主要内容 173

13.4.1 环境损伤 173

13.4.2 意外损伤 174

13.4.3 疲劳损伤 174

13.5 结构检查时间与方法确定 175

13.5.1 首次检查期（门槛值） 175

13.5.2 重复检查间隔 175

13.5.3 检查方法 176

13.6 结构修理原则 177

13.6.1 影响结构安全性的主要结构件 177

13.6.2 影响结构功能完整性的结构件 177

13.6.3 结构修理的分类 177

13.6.4 结构修理原则 177

13.7 修理手册的编制 177

13.7.1 修理手册包含的内容 177

13.7.2 修理手册的编制要求 178

13.7.3 需要修理的结构项目确定 178

13.7.4 结构识别的编写 179

13.7.5 允许损伤的确定 179

13.7.6 修理方法的确定与编制 179

13.7.7 修理的损伤容限评估 179

13.8 无损检测手册的编制 179

13.8.1 无损检测手册编制要求 179

13.8.2 无损检测方法与检测概率的确定 179

13.8.3 检测结果的判定 180

13.8.4 无损检测手册的编制 180

14 损伤容限和疲劳评定技术的发展与展望 181

14.1 适航规章的新政策要求 181

14.2 FAA新规章草案主要更新的内容 183

14.2.1 新规章草案修订内容 183

14.2.2 新规章草案变化的要点分析 184

14.3 评定技术的新要求 184

14.4 广布疲劳损伤评定内容及程序 185

14.4.1 评定内容及程序 185

14.4.2 鉴别易发生WFD的结构区域 186

14.4.3 典型的可能发生WFD的部位 186

14.5 广布疲劳损伤的评定方法 196

14.5.1 导致WFD事件发生的基本特性 196

14.5.2 广布疲劳损伤（平均行为） 197

14.5.3 广布疲劳损伤评定方法 198

14.6 结构更改时刻与检查起始时刻的确定 199

14.7 使用限制及其建立 200

14.7.1 使用限制 200

14.7.2 初始使用限制IOL的建立 201

14.7.3 延伸使用限制EOL的建立 202

14.8 适航限制条款的建立和修订 202

14.9 结构WFD的修理、更换和更改 203

14.10 修理、更换和更改结构的符合性评定 203

14.10.1 名词定义 203

14.10.2 评定要求 204

14.11 FAR25部修正案25-132分析 204

14.11.1 修订的背景分析 204

14.11.2 草案与最终修正案的差别 204

14.11.3 修订的主要内容 206

14.11.4 AC25.571-1D分析 208

14.11.5 AC120-104分析 208

14.11.6 FAR26部分析 208

14.11.7 确定LOVs的方法 208

14.11.8 确定延伸的LOVs的方法 209

14.11.9 对修理、更换和更改结构延伸LOVs的确定 209

14.11.10 平均行为WFD的确定 209

参考文献 210

索引 213