CN105488276A - 一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机结构腐蚀疲劳领域，特别是涉及一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，能够解决目前方法建立的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线是不够准确的问题。飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法包括如下步骤：设计疲劳关键部位结构的模拟试验件；构建针对所述模拟试验件的实验室加速环境谱和当量加速关系；设定所述模拟试验件进行环境试验的时间；将所述模拟试验件进行环境试验，然后再进行疲劳试验，记录疲劳寿命；获取所述模拟试验件的地面停放腐蚀修正系数；最终得到模拟试验件准确的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线。

Description

一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法

技术领域

本发明涉及飞机结构腐蚀疲劳领域，特别是涉及一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法。

背景技术

飞机结构的使用寿命体系包括疲劳寿命(飞行小时数)和日历寿命(使用年限)的首翻期、修理间隔与总寿命。飞机使用环境对飞机结构寿命有一定得影响，尤其是沿海湿热地区，为保证飞机的使用安全，在完成一般环境条件下的疲劳寿命评定后，还需要确定使用环境，又称腐蚀环境，对飞机结构寿命的影响。

飞机的使用环境可以分为空中使用环境和地面停放环境两种。对一些飞机，其空中飞行时间远小于地面停放时间，为便于工程处理，可将空中使用环境和地面停放环境分别考虑。为评定沿海地区湿热环境的疲劳寿命影响程度需要完成结构疲劳关键部位的使用环境谱编制、地面停放腐蚀修正系数曲线(C-T曲线)测定、疲劳寿命分析等一系列工作后给出。其中C-T曲线与使用环境谱等是基础性工作。

为测定C-T曲线，需要选定若干个地面停放时间T_j，用5～6组(每组10件)模拟试件，1组用于测定不进行预腐蚀的N0，其余各组则用周期浸润加速环境谱预腐蚀T_j年后，测出N_0j，从而获得5～6组(Tj，Cj)数据，对这些数据进行曲线拟合就可得到C-T曲线。

但是实际上，飞机结构的总寿命是由首翻期寿命与若干个翻修间隔寿命和最后一次维修后的寿命所构成。在每次进场大修时，几乎是所有零部件，尤其是疲劳关键件均需要进行除漆、去腐蚀等各种维修后，再重新进行喷漆。显然，传统方法建立的C-T曲线是不够准确，与实际结构的经历有差别。

发明内容

本发明的目的是提供了一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，能够解决目前方法建立的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线是不够准确的问题。

本发明的技术方案是：

一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，包括如下步骤：

步骤一、设计疲劳关键部位结构的模拟试验件；

步骤二、构建针对所述模拟试验件的实验室加速环境谱和当量加速关系；

步骤三、设定所述模拟试验件进行环境试验的时间；

步骤四、将所述模拟试验件进行环境试验，然后再进行疲劳试验，记录疲劳寿命；

步骤五、获取所述模拟试验件的地面停放腐蚀修正系数；

步骤六、得到所述模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线。

优选的，在所述步骤二中包括：

根据所述飞机结构的日历使用年限、预定的首翻修期限以及预定的翻修间隔间隔期限，将所述模拟试验件进行分组，得到第一预定数量的大组，其中，将未到达首翻修期限的所述模拟试验件分为一组，在剩下的所述模拟试验件中，翻修次数相同的所述模拟试验件作为一组。

优选的，在所述步骤三中包括：

步骤3.1、将未到达首翻修期限的所述模拟试验件按照预定的试验时间点进行环境试验，将试验得到的所述模拟试验件进行疲劳试验；

步骤3.2、将翻修次数相同的一组所述模拟试验件模拟大修厂修理工艺和要求进行一次修理，将修理后的一组所述模拟试验件按照所述预定的试验时间点进行环境试验，将试验得到的所述模拟试验件进行疲劳试验；

步骤3.3、在步骤3.2中完成后，继续将所述一次修理后的一组所述模拟试验件进行再次模拟修理，并进行环境试验和疲劳试验，直到所述模拟试验件达到未到达首翻修期限的状态。

优选的，在所述步骤五中，设定指定加速腐蚀时间后的疲劳寿命服从对数正态分布，对其分布参数进行估计，得到加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命和未加速腐蚀试件中值疲劳寿命，则地面停放腐蚀修正系数为：

$C\left(T\right)=\frac{N_{50}\left(T\right)}{N_{50}\left(0\right)};$

式中：N₅₀(T)为加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命；N₅₀(0)为未加速腐蚀试件中值疲劳寿命。

优选的，在所述步骤六中，是根据如下公式之一得到所述模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线：

C(T)＝1.0-βT^α；

$C\left(T\right)=1.0-e^{{\mathrm{\βT}}^{\mathrm{\α}}};$

其中，α为折算系数，β加速系数。

优选的，所述飞机结构的日历使用年限为30年；所述预定的首翻修期限为10年；所述预定的翻修间隔间隔期限10年；所述预定的试验时间点为0、3、6、9年。

本发明的优点在于：

本发明的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法中，通过对模拟试验件进行试验得到疲劳寿命，再根据疲劳寿命获取模拟试验件的地面停放腐蚀修正系数，最终得到模拟试验件准确的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线。

附图说明

图1是本发明一个实施例的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1对本发明飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法做进一步详细说明。

本发明提供了一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，以供确定使用环境对飞机结构疲劳寿命影响程度时使用；曲线建立方法包括如下步骤：

步骤一、设计能够模拟和代表疲劳关键部位结构的模拟试验件；模拟试验件可以为多种，且每种模拟试验件又可以包括多个。

步骤二、根据使用环境谱构建针对模拟试验件的实验室加速环境谱和当量加速关系。实验室加速环境谱包括例如空气酸性、温度、湿度等；当量加速关系指的是在相应的实验室加速环境中停放一定时间能够对应的实际使用年限的关系。

步骤三、设定模拟试验件进行环境试验的时间。

具体可以根据飞机结构的日历使用年限、预定的首翻修期限以及预定的翻修间隔间隔期限等进行设定。具体地，本发明的一个优选实施例中，是根据飞机结构的日历使用年限、预定的首翻修期限以及预定的翻修间隔间隔期限，将所述模拟试验件进行第一次分组，得到第一预定数量的大组，其中，将未到达首翻修期限的所述模拟试验件分为一大组，在剩下的所述模拟试验件中，翻修次数相同的所述模拟试验件作为一大组。

进一步，选取飞机结构的日历使用年限为30年；预定的首翻修期限为10年；预定的翻修间隔间隔期限10年；预定的试验时间点为0、3、6、9年。

步骤四、将模拟试验件进行环境试验，然后再进行疲劳试验，记录疲劳寿命。

具体地，在步骤四中包括：

步骤3.1、将未到达首翻修期限的模拟试验件按照预定的试验时间点进行环境试验，将试验得到的所述模拟试验件进行疲劳试验。

步骤3.2、将翻修次数相同的一大组模拟试验件模拟大修厂修理工艺和要求进行一次修理，将修理后的一大组模拟试验件按照预定的试验时间点进行环境试验，将试验得到的模拟试验件进行疲劳试验。

步骤3.3、在步骤3.2中完成后，继续将一次修理后的一大组模拟试验件进行再次模拟修理，并进行环境试验和疲劳试验，直到模拟试验件达到未到达首翻修期限的状态。

步骤五、根据步骤四获取的所有模拟试验件的疲劳寿命，获取模拟试验件的地面停放腐蚀修正系数。在本步骤中，设定指定加速腐蚀时间后的疲劳寿命服从对数正态分布，对其分布参数进行估计，得到加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命和未加速腐蚀试件中值疲劳寿命，则地面停放腐蚀修正系数为：

$C\left(T\right)=\frac{N_{50}\left(T\right)}{N_{50}\left(0\right)};$

式中：N₅₀(T)为加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命；N₅₀(0)为未加速腐蚀试件中值疲劳寿命。

步骤六、得到模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线。在本步骤中，是根据如下公式之一得到模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线：

C(T)＝1.0-βT^α；

$C\left(T\right)=1.0-e^{{\mathrm{\βT}}^{\mathrm{\α}}};$

其中，α为折算系数，β加速系数。

本发明的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法中，在环境试验时，按翻修次数对不同大组模拟试验件模拟大修厂修理工艺和要求进行修理，再进行疲劳试验，充分考虑了零部件翻修后的影响，使得最终得到的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线更准确。

本发明的一个具体实施例中，一种飞机为例，设计能够模拟和代表机翼主梁下缘条、四梁接头耳片、起落架半轴等疲劳关键部位结构的模拟试验件。

采用该飞机的使用环境谱构建的实验室加速环境谱和当量加速关系；对于其中的机翼主梁下缘条部位，它的实验室加速环境谱(对不同飞机不同部位该谱有所不同)由如下两部分组成：

(1)、酸性NaCl溶液浸润：5％NaCl溶液中加入少量稀H₂SO₄，使pH＝4～4.5，溶液温度为(40±2)℃；

(2)在40℃温度和(95±5)％相对湿度的潮湿空气中，用远红外线灯照射烘干试件，调节远红外线灯的位置与功率，使试件在临近浸入溶液前可被烘干。

另外，可以设定一个加速谱周期为30分，浸泡7.5分，溶液外时间22.5分。

设定加速试验环境谱作用10小时相当于地面停放1年(即加速腐蚀)，折算系数α＝10(小时/年)；加速系数β＝0.1(年/小时)；即有T(年)＝0.1t(小时)；t(小时)＝10T(年)。

根据飞机结构的日历使用年限确定各组试验件的当量试验时间，以日历使用年限30年的飞机为例，假设首翻期为10年，翻修间隔也为10年，共进行两次大修。对于首翻期前和各翻修间隔期均以0、3、6、10年作为试验时间点，因此，可以将所有试验件分为三大组(按照翻修次数)，每大组分为四小组(按照试验时间点)。

将所有试验件(除0年，特指首翻期前即未进行翻修的那个大组中0年的试验时间点)进行环境试验(即腐蚀试验)，对第一大组的试验件，按3、6、10年的试验时间点分别取出进行疲劳试验；在腐蚀试验达到10年的预期首翻期后，对第二和第三大组试验件进行模拟大修厂修理工艺和要求进行修理，修理后重复第一大组的试验内容(环境试验，疲劳试验)，以此类推，直至完成全部试验。

假定指定加速腐蚀时间后的疲劳寿命服从对数正态分布，对其分布参数进行估计，得到加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命和未加速腐蚀试件中值疲劳寿命，则地面停放腐蚀修正系数为(两个寿命的比值)：

$C\left(T\right)=\frac{N_{50}\left(T\right)}{N_{50}\left(0\right)}.$

根据如下公式之一得到模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线：

C(T)＝1.0-βT^α；

$C\left(T\right)=1.0-e^{{\mathrm{\βT}}^{\mathrm{\α}}}.$

根据上述各大组(腐蚀时间，疲劳寿命)试验数据，对实验数据处理后，分别进行拟合。即可得到分段的地面停放腐蚀影响系数曲线，即C-T曲线，其一般形式见图1。下表为机主梁下缘条模拟件未腐蚀、腐蚀5年和10年的后的疲劳寿命试验值：

T/a	0	5	10
				N50/fh	9525	9163	8594
C	1	0.96199	0.90230

另外，为使曲线更符合实际情况，至少还需要两个数据点，如需增加腐蚀3年和8年的疲劳寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、设计疲劳关键部位结构的模拟试验件；

步骤二、构建针对所述模拟试验件的实验室加速环境谱和当量加速关系；

步骤三、设定所述模拟试验件进行环境试验的时间；

步骤四、将所述模拟试验件进行环境试验，然后再进行疲劳试验，记录疲劳寿命；

步骤五、获取所述模拟试验件的地面停放腐蚀修正系数；

步骤六、得到所述模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线。

2.根据权利要求1所述的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，其特征在于，在所述步骤三中包括：

根据所述飞机结构的日历使用年限、预定的首翻修期限以及预定的翻修间隔间隔期限，将所述模拟试验件进行分组，得到第一预定数量的大组，其中，将未到达首翻修期限的所述模拟试验件分为一组，在剩下的所述模拟试验件中，翻修次数相同的所述模拟试验件作为一组。

3.根据权利要求2所述的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，其特征在于，在所述步骤四中包括：

步骤3.1、将未到达首翻修期限的所述模拟试验件按照预定的试验时间点进行环境试验，将试验得到的所述模拟试验件进行疲劳试验；

步骤3.2、将翻修次数相同的一组所述模拟试验件模拟大修厂修理工艺和要求进行一次修理，将修理后的一组所述模拟试验件按照所述预定的试验时间点进行环境试验，将试验得到的所述模拟试验件进行疲劳试验；

步骤3.3、在步骤3.2中完成后，继续将所述一次修理后的一组所述模拟试验件进行再次模拟修理，并进行环境试验和疲劳试验，直到所述模拟试验件达到未首翻修期限的状态。

4.根据权利要求3所述的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，其特征在于，在所述步骤五中，设定指定加速腐蚀时间后的疲劳寿命服从对数正态分布，对其分布参数进行估计，得到加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命和未加速腐蚀试件中值疲劳寿命，则地面停放腐蚀修正系数为：

$C\left(T\right)=\frac{N_{50}\left(T\right)}{N_{50}\left(0\right)};$

式中：N₅₀(T)为加速腐蚀T年后的中值疲劳寿命；N₅₀(0)为未加速腐蚀试件中值疲劳寿命。

5.根据权利要求4所述的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，其特征在于，在所述步骤六中，是根据如下公式之一得到所述模拟试验件的结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线：

C(T)＝1.0-βT^α；

$C\left(T\right)=1.0-e^{\mathrm{\β}{T}^{\mathrm{\α}}};$

其中，α为折算系数，β加速系数。

6.根据权利要求5所述的飞机结构疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线建立方法，其特征在于，所述飞机结构的日历使用年限为30年；所述预定的首翻修期限为10年；所述预定的翻修间隔间隔期限10年；所述预定的试验时间点为0、3、6、9年。