第1章 概述 1
1.1 概念 1
1.1.1 航空结构强度 1
1.1.2 结构强度技术 3
1.2 结构强度在航空器研制中的地位和作用 15
1.2.1 航空器研制中结构强度的地位 15
1.2.2 结构完整性大纲对结构强度任务的总要求 18
1.2.3 强度规范对结构强度的具体要求 22
1.2.4 适航性对结构强度的总要求 25
1.3 结构强度技术发展现状 32
1.3.1 飞机结构强度设计思想的发展 32
1.3.2 结构强度技术体系 34
1.3.3 结构强度技术现况概要 41
1.3.4 结构强度技术的研究、试验能力现状——设备和设施 43
1.4 结构强度技术发展趋势 44
1.4.1 新材料、新工艺结构静强度、耐久性／损伤容限分析与试验验证技术研究 45
1.4.2 结构试验验证无损检测和健康监测与使用维护的相关性技术研究 45
1.4.3 结构动强度设计技术研究 45
1.4.4 高超声速飞行器结构完整性研究 46
1.4.5 特殊结构航空噪声控制和振动／声耐久性研究 46
1.4.6 全尺寸飞机结构及相关系统气候适应性与可靠性分析与试验技术 46
1.4.7 全尺寸飞机结构试验验证技术深化研究 46
1.4.8 计算结构技术深化研究 47
1.4.9 结构完整性标准、规范和适航符合性深化研究 47
第2章 静强度设计与验证 48
2.1 静强度设计与验证的内容和要求 49
2.1.1 设计载荷的确定和要求 49
2.1.2 材料性能和设计许用值的确定和要求 52
2.1.3 结构应力分析的内容和要求 53
2.1.4 结构强度和刚度校核的内容和要求 54
2.1.5 试验验证的内容和要求 55
2.2 结构应力分析的原理和方法 56
2.2.1 结构应力的有限元分析的原理和方法 56
2.2.2 结构应力的工程分析原理和方法 62
2.3 结构强度和刚度校核的原理和方法 63
2.3.1 薄壁板壳结构的稳定性分析与强度校核 65
2.3.2 蜂窝夹层结构的设计分析与强度校核 76
2.3.3 结构连接件的强度分析与校核 77
2.3.4 开口结构的设计分析与强度校核 81
2.4 结构强度试验验证的原理和方法 85
2.5 复合材料结构静强度设计、分析与验证中的特殊问题简介 94
2.5.1 复合材料结构的特点 94
2.5.2 复合材料结构静强度设计、分析与验证中的特殊问题 95
2.6 结构静强度设计分析与验证的发展趋势 102
第3章 动强度设计与验证 105
3.1 飞机动强度设计与验证要求 107
3.1.1 飞机强度规范和标准简介 107
3.1.2 动强度设计与验证要求概述 108
3.1.3 动强度设计与验证要求有关说明 109
3.2 飞机动载荷分析与动力环境预计 111
3.2.1 飞机动载荷分析 111
3.2.2 涉及发动机陀螺效应的飞机动载荷 113
3.2.3 飞机振动环境预计 114
3.2.4 飞机抖振机理与抖振边界确定 115
3.3 结构动力学设计与振动控制设计 117
3.3.1 结构动力学设计 117
3.3.2 振动控制设计 118
3.3.3 抖振预防和抖振抑制 120
3.3.4 发动机隔振安装设计 121
3.4 结构随机振动疲劳寿命分析 121
3.4.1 随机振动过程及其统计特性简介 121
3.4.2 随机振动疲劳分析方法 123
3.5 飞机动力学特性地面试验 126
3.5.1 全尺寸飞机地面振动试验 126
3.5.2 飞机气动伺服弹性地面试验 129
3.5.3 高超声速飞行器结构热模态试验 131
3.6 飞机动力环境试验 132
3.6.1 动力环境试验的分类 132
3.6.2 动力环境试验的一般工作程序 134
3.6.3 结构振动环境与多点静载荷的复合加载试验 136
3.6.4 油箱晃振试验 137
3.6.5 炮振试验 137
3.6.6 大迎角机动飞行飞机的后机身动态疲劳试验 139
3.7 起落架动力学分析与验证 141
3.7.1 起落架缓冲性能分析和落震试验 141
3.7.2 起落架摆振稳定性设计和验证 144
3.7.3 起落架地面滑跑模拟试验 146
3.7.4 多支柱起落架等效落震试验 147
3.7.5 舰载飞机全机落震试验 149
3.8 抗离散源撞击设计与验证 151
3.8.1 离散源撞击概述 151
3.8.2 抗鸟撞设计与验证 152
3.8.3 抗冰雹设计与验证 155
3.8.4 发动机碎片 156
3.8.5 轮胎碎片和跑道碎石 157
3.8.6 战伤评估和战伤模拟试验 158
3.9 飞机结构适坠性设计、评估与验证技术 160
3.9.1 飞机结构的适坠性要求 160
3.9.2 应急着陆适坠性设计、验证与评估 160
3.9.3 水上迫降适坠性分析与试验验证 168
3.10 气动弹性稳定性 171
3.10.1 气动弹性力学 171
3.10.2 颤振 172
3.10.3 破损—安全气动弹性稳定性 173
3.10.4 涉及翼吊发动机陀螺效应的飞机颤振分析 173
3.10.5 高超声速飞行器热颤振 174
3.10.6 地面模拟热颤振试验 174
第4章 耐久性／损伤容限设计与验证 176
4.1 疲劳／断裂现象与耐久性／损伤容限 176
4.1.1 疲劳／断裂现象 177
4.1.2 结构耐久性与损伤容限设计思想 180
4.1.3 耐久性／损伤容限设计原则和要求 180
4.1.4 耐久性／损伤容限设计与验证范围 181
4.1.5 相应的规章和规范 182
4.2 耐久性／损伤容限设计控制 183
4.2.1 设计使用（服役）目标 183
4.2.2 结构设计控制 183
4.3 耐久性／损伤容限分析评估 192
4.3.1 耐久性／损伤容限分析评估的目的 192
4.3.2 分析评估流程 194
4.3.3 设计载荷／环境谱—设计应力／环境谱 195
4.3.4 可靠性要求 196
4.3.5 耐久性分析 198
4.3.6 损伤容限分析评估 203
4.4 预发展阶段的耐久性／损伤容限试验 211
4.4.1 预发展阶段耐久性／损伤容限试验目的 211
4.4.2 元件试验 212
4.4.3 零组件试验 213
4.4.4 构件级试验及其支持刚度模拟 215
4.4.5 考虑动载荷的耐久性／损伤容限评估方法 220
4.5 全机结构耐久性／损伤容限验证试验 222
4.6 复合材料结构耐久性／损伤容限评定中的一些特殊问题 223
4.6.1 复合材料结构特点简介 223
4.6.2 复合材料结构的初始缺陷尺寸 224
4.6.3 复合材料结构的剩余强度和损伤扩展要求 224
4.6.4 复合材料结构耐久性／损伤容限试验 224
4.6.5 复合材料／金属混合结构的损伤容限试验技术 225
4.7 和耐久性／损伤容限相关的持续适航 226
4.7.1 概述 226
4.7.2 持续适航管理要求 227
4.7.3 单机疲劳寿命监控 228
4.8 耐久性／损伤容限设计和验证技术展望 229
第5章 受热结构强度设计与验证 232
5.1 热源、热应力和热强度验证 233
5.1.1 飞行器结构的热源 233
5.1.2 气动加热 233
5.1.3 热冲击 233
5.1.4 温度场和温度梯度 234
5.1.5 热应力 234
5.1.6 热对结构强度的影响 235
5.1.7 受热结构强度设计与试验验证的特点 235
5.1.8 受热结构强度设计与试验验证的作用 236
5.2 传热学的基本原理和气动加热计算 237
5.2.1 传热学的基本原理和方法 237
5.2.2 气动加热计算的原理和方法 238
5.3 受热结构强度设计 240
5.3.1 受热结构强度设计准则 240
5.3.2 结构中热应力计算 242
5.3.3 热气动弹性力学 243
5.3.4 蠕变设计 246
5.3.5 受热结构疲劳强度 248
5.3.6 热防护系统强度设计 250
5.4 受热结构试验验证 254
5.4.1 受热结构试验模拟机理 254
5.4.2 受热结构试验分类 254
5.4.3 典型的受热结构试验 257
5.5 受热结构强度设计与试验验证发展趋势 263
5.5.1 国外超声速飞行器结构强度与试验验证发展情况 263
5.5.2 气动加热／振动／噪声载荷预计和结构响应一体化分析技术 264
5.5.3 耐高温新材料和新结构的强度设计与验证 264
5.5.4 超声速和高超声速飞行器强度设计准则和结构完整性研究 265
5.5.5 高温／振动／噪声等多环境综合试验验证技术研究 265
5.5.6 大温度梯度和快速降温试验技术 265
第6章 航空噪声与声疲劳强度 267
6.1 航空噪声与声疲劳问题 267
6.1.1 航空噪声问题 267
6.1.2 飞机结构抗声疲劳设计要求 270
6.1.3 机载设备或武器装备噪声环境试验要求 271
6.1.4 飞机适航噪声限制 271
6.1.5 飞机舱内噪声控制要求 272
6.2 飞机噪声源分析 272
6.2.1 主要噪声源 272
6.2.2 发动机动力装置噪声 273
6.2.3 机体噪声 278
6.2.4 空腔噪声 280
6.3 声疲劳研究的范围与内容 281
6.3.1 声振载荷环境 281
6.3.2 飞机结构抗声疲劳设计、分析与试验方法 282
6.3.3 结构声疲劳基本假定 283
6.4 飞机结构抗声疲劳设计与验证 285
6.4.1 飞机结构抗声疲劳设计与验证流程 285
6.4.2 飞机结构抗声疲劳设计与验证方法 286
6.5 飞机噪声控制 296
6.5.1 飞机噪声控制概念 296
6.5.2 动力装置噪声控制 298
6.5.3 舱内噪声控制 301
6.5.4 空腔噪声抑制 311
6.6 航空声学实验室 311
6.6.1 实验室概述 311
6.6.2 低声强实验室 312
6.6.3 高声强实验室 314
6.6.4 气动声学实验室 315
6.6.5 机身舱段声学试验平台 315
6.6.6 航空材料及声学校准实验室 315
6.7 航空声学试验与测试 316
6.7.1 航空声学试验与测试概述 316
6.7.2 隔声试验 317
6.7.3 吸声试验 318
6.7.4 机身舱段声学试验 320
6.7.5 舱内噪声测试 321
6.8 飞机适航噪声验证试验 324
6.8.1 适航噪声验证试验的必要性 324
6.8.2 飞机适航噪声试验依据 324
6.8.3 适航噪声审定测量条件要求 324
6.8.4 飞行航迹要求及测点位置 325
6.9 航空噪声与声疲劳强度研究发展趋势 327
第7章 飞机结构腐蚀／老化试验验证 329
7.1 结构腐蚀／老化控制 329
7.1.1 结构腐蚀／老化 329
7.1.2 腐蚀条件对飞机结构寿命的影响 329
7.1.3 结构腐蚀／老化控制的总体要求 330
7.1.4 结构腐蚀／老化加速试验 330
7.1.5 确定加速腐蚀／老化当量加速关系 330
7.1.6 结构腐蚀／老化控制的技术途径 331
7.1.7 结构腐蚀／老化试验 331
7.2 环境谱 331
7.2.1 影响腐蚀／老化的主要环境因素和特点 331
7.2.2 环境谱及编制原则 332
7.2.3 几种环境谱 332
7.2.4 载荷／环境谱 335
7.2.5 飞机机体结构日历年限评定的载荷／环境谱编制方法 335
7.3 自然条件下大气暴露腐蚀／老化试验 336
7.3.1 自然暴露试验及其作用 336
7.3.2 自然暴露试验场的选择 336
7.3.3 暴露试验架的安装 336
7.4 加速腐蚀／老化试验 338
7.4.1 飞机透明构件的实验室加速老化试验 338
7.4.2 飞机防护涂层实验室加速试验 342
7.4.3 腐蚀及腐蚀疲劳试验 345
7.4.4 加速腐蚀（老化）试验设备与装置 351
7.5 飞机结构腐蚀／老化试验验证的发展趋势 354
7.5.1 国内外飞机结构腐蚀／老化试验验证发展现状 354
7.5.2 国内飞机结构腐蚀／老化验证研究趋势 355
第8章 全尺寸飞机结构验证试验 357
8.1 全尺寸飞机结构强度试验的意义、依据和资质 357
8.1.1 全尺寸飞机结构强度试验的意义 357
8.1.2 全尺寸飞机结构强度试验依据的规范和规章 359
8.1.3 全尺寸飞机结构强度试验单位的资质和责任 360
8.2 全尺寸结构强度试验通用技术及设施 360
8.2.1 试验计划与飞行试验、批量生产及服役使用的关系 360
8.2.2 试验技术文件与试验设计 361
8.2.3 试验件 363
8.2.4 试验件支持和飞机平衡 363
8.2.5 载荷的施加方法 366
8.2.6 试验扣重方法 368
8.2.7 试验重大风险分析和规避 368
8.2.8 试验主要设备 369
8.2.9 试验基础设施 373
8.2.10 无损检测 373
8.2.11 试验质量计划 374
8.3 全尺寸结构静强度和刚度试验 375
8.3.1 全尺寸飞机结构静强度试验的目的 375
8.3.2 静强度试验项目 375
8.3.3 全尺寸飞机结构静强度试验的支持／约束方法 376
8.3.4 静强度试验的顺序和程序 376
8.3.5 对试件的检查、分析和修理 378
8.3.6 刚度试验 378
8.3.7 静强度试验报告 378
8.4 全尺寸结构耐久性和损伤容限试验 378
8.4.1 试验件 379
8.4.2 全机疲劳试验件悬空支持／约束 379
8.4.3 用同一架飞机进行全尺寸结构耐久性和损伤容限试验 381
8.4.4 试验载荷谱 381
8.4.5 结构初始缺陷与裂纹容限 385
8.4.6 结构剩余强度试验 385
8.4.7 关于疲劳试验寿命分散系数 386
8.4.8 依据试验寿命分散系数处理试验中出现的损伤 387
8.4.9 广布疲劳损伤 388
8.4.10 对试验件的检查 388
8.4.11 试验件的修理 389
8.4.12 疲劳和损伤容限试验报告 390
8.5 可动机构的可靠性试验 390
8.5.1 机构可靠性试验特点 391
8.5.2 机构可靠性试验应注意的问题 391
第9章 计算结构技术——结构分析与优化设计 393
9.1 计算结构技术概述 393
9.1.1 计算结构技术的作用 393
9.1.2 计算结构技术的研究目标 396
9.1.3 CST软件的发展历程 396
9.2 结构分析 398
9.2.1 结构分析方法 398
9.2.2 有限元结构分析 399
9.2.3 有限元结构分析的建模技术 402
9.2.4 结构分析的进展 405
9.3 结构优化设计 419
9.3.1 结构优化设计概述 419
9.3.2 结构优化设计的技术基础 423
9.3.3 结构优化设计的方法 426
9.3.4 结构优化设计的应用 435
9.3.5 结构优化设计的发展趋势 440
9.4 CAE软件 451
9.4.1 国外CAE软件的发展 451
9.4.2 CST在我国航空工业中的发展 452
9.4.3 MSC/NASTRAN和COMPASS 458
9.5 CST的发展趋势 463
9.5.1 未来工程系统的特征 463
9.5.2 新兴的计算模式和环境 463
9.5.3 虚拟产品开发系统和信息技术 464
9.5.4 重点发展项目 464
9.5.5 相关任务 466
参考文献 468