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结构剩余强度是什么?

嘉峪检测网        2017-05-15 09:56

含裂纹结构在使用期中任一时刻所能达到的静强度值称为结构的剩余强度。

 

结构剩余强度在使用过程中随裂纹增长而递减,要求在整个使用寿命期间给出最低限度的剩余强度随时间变化曲线,即大于最小剩余强度要求的最低值。结构剩余强度最低要求值是结构类型和可检查度的函数。

 

因此各种可检查度的破损安全结构类型其剩余强度最低要求值不同,可以根据特定飞机任务分析所得到的载荷谱数据来确定。

 

剩余强度的最低要求值可以由内部元件载荷Psyu确定,Psyu表示飞机在规定检查间隔内可能遇到的最大载荷,Psyu根据载荷谱确定,飞机载荷谱制定是以代表飞机平均使用情况的基本载荷系数的超越数为基础。考虑到个别飞机在寿命期内可能遇到的载荷超越数大于平均值,而剩余强度必须大于在规定检查间隔内预期的最大载荷,因此采用放大检查间隔的方法,下表给出不同检查度在确定剩余强度时检查间隔的放大倍数MM值的规定根据使用经验,如运输机,当M=100时,载荷约增至1.5倍。如下图所示。

 

破损安全结构中当多途径传力结构中某一元件破坏后,该元件上载荷应由其它未破坏结构承受,由于结构破坏均是使用过程中突然破坏,因此应考虑突然加载的动荷系数,规范规定取1.15。

结构剩余强度

1. 应力强度因子判据

① 脆性断裂

采用线弹性断裂力学的应力强度因子判据,即构件的裂纹尖端应力强度因子K值达到该结构材料的断裂韧度KIC时,裂纹便发生不稳定快速扩展,造成结构突然断裂。其断裂判据为

结构剩余强度

当平面应力状态时,采用平面应力断裂韧度KC。上述断裂判据也可表示为

在给定σ时                                             

结构剩余强度

在给定σ时                                               

结构剩余强度

式中α为裂纹长度;αc临界裂纹长度;σ为远离裂纹尖端应力场的应力;σc为临界应力,β为应力强度因子修正系数。

 

② 表观断裂韧度

最下面曲线Ki表示缓慢裂纹扩展起始,最上面曲线Kc示快速扩展开始。

结构剩余强度

平面应力状态断裂剩余强度特性变化曲线

 

由于裂纹起始扩展的载荷σi和失稳开始时裂纹长度ac很难测得,工程上以一组容易实测的初始裂纹长度ai和临界应力σc组成一曲线(上图中的中间曲线Kapp),称为表观临界应力强度曲线。其相应的破坏判据为

结构剩余强度  

式中Kapp称为表观断裂韧度。

 

2. 弹塑性断裂准则

当裂纹尖端塑性区已大到不能忽略时,采用上述线弹性断裂判据已不合适,必须采用弹塑性断裂力学方法。其断裂判据为:

 

① 积分断裂准则

结构在外载荷作用下裂纹尖端J积分大于或等于材料的J积分临界值Jc(一般取开裂点的J积分值)时,其裂纹长度为临界裂纹长度ac,或其载荷达到临界应力值,断裂判据为

结构剩余强度      

② 能量释放率准则

外力作用下结构的能量释放率G大于或等于材料的能量释放率的临界值GIC。能量释放率准则也适用于线弹性断裂力学。能量释放率临界值一般取开裂点时临界值。

 

③ 裂纹张开位移COD准则

结构在外载荷作用下裂纹尖端张开位移δ大于或等于裂纹尖端张开位移的临界值δc。即

结构剩余强度

④ 阻力曲线法

该准则认为在破坏时用于扩展裂纹的能量等于或超过材料的裂纹扩展阻力。即能量释放率G等于裂纹扩展阻力R,同时能量释放率G随裂纹长度a变化曲线的斜率等于裂纹扩展阻力R和裂纹扩展增量a变化曲线的斜率,则断裂准则可表示为

 结构剩余强度

3. 净截面屈服判据

对于高韧性材料,构件上应力会高到使整个净截面在断裂发生前先产生屈服,最后导致构件破坏。即

  结构剩余强度

式中σ为净截面应力,Kc为材料屈服应力。

 

4. Feddersen法

结构剩余强度
薄板剩余强度

 

该方法为一种工程计算方法,主要适用于有限宽度薄板。上图表示剩余强度和裂纹长度关系曲线,结构破坏可分成三个区域,当应力大于和等于三分之二材料屈服应力σys或裂纹长度a大于或等于三分之二板宽W时,采用净截面破坏准则,否则采用K判据。即:

结构剩余强度

式中σ为净截面应力,σ为远离裂纹尖端处应力,Kc为材料平面应力状态时断裂韧度。

 

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来源:AnyTesting