可靠性是指结构在规定条件下和规定时间内.doc

可靠性是指结构在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 结构可靠性定义的要素是三个“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”） 结构在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。结构在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为不可靠度或失效概率。 作为飞机结构的可靠性问题，从定义上可以理解为：“结构在规定的使用载荷/环境工作下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这用能力的概率度量。 结构静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率； 结构安全寿命可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率； 结构损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率。 结构的失效概率F(t)，指结构在t时刻之前破坏的概率； 失效率(t)，指在t时刻以前未发生破坏的条件下，在t时刻的条件破坏概率密度； 平均无故障时间MTTF(Mean Time To Failure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。 进行结构元件可靠性分析时，需要建立起元件设计变量与元件能力表征量间的分析关系，这类似于确定性分析设计中的工程破坏判据，但可靠性分析是建立在随机变量的分析基础之上。这个概率型的联系设计变量与结构元件固有性能表征量间的破坏判据，通常称为元件的安全余量方程（功能函数）。 讨论结构元件的静强度可靠性时，可初步认为只有两个随机变量，即元件的强度R和元件的内力S。元件的强度由于材料的强度特性、元件尺寸等不确定因素呈随机性；而元件所承受的内力，由于作用载荷的随机性以及元件尺寸在结构系统中所处的位置等不确定因素显然是随机变量。疲劳 在交变载荷作用下，即使应力水平较低，处于弹性范围内，经过若干次循环后，也会发生断裂，称为疲劳。 交变载荷，是指随时间变化的载荷，载荷可以是力、应力、应变、位移等。 安全寿命是指结构构件发生宏观可见裂纹时的飞机使用期限. 疲劳破坏的一般特征 构件交变应力远小于材料的静强度极限，破坏发生。 疲劳破坏在宏观上无明显塑性变形，低应力脆断。 疲劳破坏是一个累积的过程，即裂纹形成、扩展、断裂。 疲劳破坏常具有局部性质，因此改变局部设计就可以延长结构寿命。 疲劳断口在宏观和微观上均具有特征，可以借助断口分析判断是否属于疲劳破坏。设计：用Smax，Smin ，直观；试验：用Sm，Sa ，便于加载；分析：用Sa，R，突出主要控制参量, 便于分类讨论主要控制参量： Sa，重要影响参量：R应力比R反映了载荷的循环特性(1)式二端除以Smax，有 Sm=(1+R)/2Smax (4) (2)式二端除以Smax，有 Sa=(1-R)/2Smax (5) (5)式除以(4)式，有 Sa=(1-R)/(1+R)Sm (6)影响疲劳强度的一些因素 1应力集中 2尺寸效应 3表面加工的影响 4其他因素的影响SN曲线可以分为三段，即低循环疲劳区LCF、高循环疲劳区HCF、亚疲劳极限区SF。低周疲劳（应变疲劳） 最大循环应力大于屈服应力，材料屈服后应变变化较大，用应变作为疲劳控制参量。高周疲劳（应力疲劳） 最大循环应力小于屈服应力。主要研究内容！疲劳极限（不加说明均指在R-1时的疲劳极限） 在一定循环特征下，材料可以承受无限次应力循环而不发生破坏的最大应力称为在这一循环特征下的疲劳极限。讨论R的影响就是讨论平均应力的影响当Sa给定时，R增大，Sm也增大。平均应力影响：当Sm0时，即拉伸平均应力作用下时，SN曲线下移，表示同样应力幅作用下寿命下降，对疲劳有不利的影响；当Sm0时，即压缩平均应力作用时，SN曲线上移，表示同样应力幅作用下寿命增加，对疲劳的影响是有利的。疲劳设计原理：考虑一种应力循环时，可通过SN曲线查的构件的疲劳寿命，但两种或两种以上的应力循环时，就无法直接应用SN曲线估算构件的疲劳寿命。Miner线性累积损伤：各级交变应力引起的损伤可分别计算，然后线性叠加；某级应力水平引起的损伤与ni/Ni成正比；比值ni/Ni称为第i级应力水平的损伤；总损伤等于各级损伤之和，且等于1时破坏 Miner理论的优缺点：缺点：没有考虑各级载荷的相互影响（加载顺序）；没有考虑低于疲劳极限的应力所造成的损伤；没有考虑硬化、残余应力等因素的影响。优点：简单明了，使用方便损伤容限损伤容限指在规定的未经维修的使用阶段内，结构抵抗由于存在瑕疵、裂纹或损伤导致破坏的能力。损伤容限承认结构在使用前就带有初始缺陷，在使用中不可避免受到外来物的损伤，但必须把这些缺陷和损伤在规定的未修使用期内的增长控制在一定的范围内，使得裂纹不发生不稳定（ 快速）扩展，并在此期间，结构应满足规定的剩余强度要求，以满足飞机结构的安全性和可靠性。剩余强度：把含裂纹结构的承载能力称为该结构的“剩余强度”。很明显，剩余强度随着裂纹尺寸的增加而降低裂纹扩展寿命：在设计应力谱作用下由初始裂纹a0扩展到临界裂纹acr时所达到的寿命。初姑缺陷：假定装配后飞机结构预存的缺陷尺寸，它刚小于无损检测的最大不可检缺陷尺寸。它的大小和特征受无损检测能力制约，无损检测能力提高了，初始缺陷尺寸a0就可定得小些。检查间隔：确保安全并由可检查度类别确定的两次之间的期限损伤容限设计概念的引入，并不意味着对工艺质量要求降低，对缺陷和裂纹等不加注意。损伤容限设计是要求采取措施以保证含有一定损伤的结构在使用中的安全性。这些措施是彻底地、定期地对裂纹检查。而为了保证裂纹不会扩展到临界尺寸，首先要保证初始缺陷不会超过某一最大尺寸，这种检验要在飞机投入使用之前进行。1型(张开型): 承受与裂纹面垂直的正应力s，裂纹面位移沿y方向，裂纹张开2型(滑开型): 承受xy平面内的剪应力t，裂纹面位移沿x方向，裂纹面沿x方向滑开3型(撕开型): 承受是在yz平面内的剪应力t，裂纹面位移沿z方向，裂纹沿 z方向撕开平面应力：几何特征：一个方向的尺寸比另两个方向的尺寸小得多，例如等厚度平面薄板。受力特征：外力和约束，仅平行于板面作用，沿z方向不变化。应力特征：平面应力问题只有三个应力分量，仅为x、y的函数，与z无关。平面应变：几何特征：一个方向的尺寸比另两个方向的尺寸大得多，且沿长度方向几何形状和尺寸不变化。 受力特征：外力和约束平行于横截面作用，沿长度z方向不变化。 应变特征：如图选取坐标系，以任一横截面为xy面，任一纵线为z轴，则任一横截面均可视为对称面。平面应变问题只有三个应变分量，仅为x、y的函数，与z无关应力场公式的特点：1）在裂纹尖端，即r0处，应力趋于无穷大，应力在裂纹尖端出现奇异性。2）应力强度因子KI在裂纹尖端是有限量。3）裂纹尖端附近区域的应力分布是r和的函数，与无穷远处的应力和裂纹长度无关K的物