第七章损伤容限设计要求第1节概述1、设计思想的转变飞机结构安全性的要求, 主要依赖于结构的损伤容限设计技术。
损伤容限设计成为保证结构安全、防止发生灾难性破坏事故的重要设计原则和方法。
损伤容限是在“安全寿命”和“破损—安全”之后发展起来的一项工程技术。
它是以断裂力学为基础，以保证结构安全为目标，以损伤检查为手段。
涉及结构设计、载荷、强度、材料、工艺、试验质量控制、使用维修和组织管理各环节的系统工程。
在各环节中的重要改变对传统理论和方法是一个巨大的冲击和革新。
表现在：(1) 设计思想承认损伤不可避免, 不断发展新的设计准则；(2) 结构提出新的结构设计概念, 进行结构分类, 完善结构总体安排和细节设计要求；(3) 载荷和环境要求飞—续—飞载荷谱，强调温度、湿度和介质环境，考虑离散源损伤；——载荷谱的谱型分为“等幅谱”、程序块谱、飞—续—飞谱3种简化的排列形式。
——飞—续—飞载荷谱是以一次飞行接一次飞行地排列飞机所经历的载荷—时间历程。
每次飞行代表飞机一种特定的典型使用任务，该谱一般以一定的时间作为循环周期，在一个循环周期内，各次飞行之间的载荷历程有差别，但它们的总和代表飞机所有典型使用任务。
飞机将周而复始地依次重复该周期内的各次飞行，直至飞机的总寿命结束为止。
(4) 材料大量增加了对材料性能的严格要求, 增加裂纹扩展及断裂、腐蚀的十余个材料常数，提出新的选材准则；(5)强度贯彻损伤容限准则和新的分析方法；(6)工艺对损伤容限重要结构件实施工艺控制；(7)试验增加全尺寸损伤容限试验（裂纹扩展和剩余强度试验）；(8)质量控制无损检验，重要结构件跟踪控制；(9)使用和维修制定并实施结构维修大纲，机队监测监控；(10) 组织管理要实现损伤容限需要设计方（设计、分析、制造、用户保证）、使用方（检查、维护、修理、报告）和适航管理部门（管理条例、机队监控）三方明确分工，紧密合作，才可能实现。
安全性在整个预期使用寿命期内, 每架飞机的飞行结构的安全性将达到和保持规定的剩余强度水平(存在未发现的损伤)的保证。
在任何结构材料可能出现失效的情况中, 裂纹状缺陷的存在只会加大失效的危险性。
因此, 从飞行安全的立场出发, 假定结构可能而且总是经常含有初始损伤是谨慎的。
2、基本思想损伤容限结构在规定的未修使用周期内, 抵抗由缺陷、裂纹或其它损伤而导致破坏的能力。
——在规定的寿命增量内，结构能成功地遏制损伤而无损于飞行安全的能力。
——在遭受疲劳、腐蚀、意外或离散源引起的定量损伤后，在一定使用期内，结构保持其剩余强度的能力。
损伤容限设计思想的基本点承认结构中存在着未被发现的初始缺陷、裂纹或其它损伤, 使用过程中, 在重复载荷作用下将不断扩展。
通过分析和试验验证, 对可检结构给出检修周期, 对不可检结构提出严格的剩余强度要求和裂纹增长限制, 以保证结构在给定使用寿命期内, 不至因未被发现的初始缺陷的扩展失控造成飞机的灾难性事故。
3、基本内容损伤容限分析技术设计飞机从设计、制造、使用(包括检查、维护、修理)直到退役的全过程。
主要包括裂纹扩展分析和含裂纹结构剩余强度分析。
损伤容限3个重要组成部分损伤容限设计——整个工作的主体和基础损伤容限评定——检查设计质量、进行设计改进的基本手段评定包括：● 分析，大部分重要结构件（PSE）● 试验，最重要的PSE● 使用经验或其综合结构检查维修大纲——保证结构安全的重要措施另：损伤容限设计及评定专家系统——辅助完成损伤容限分析和评定的任务损伤容限设计要素➢临界裂纹尺寸或剩余强度它表明在剩余强度要求的载荷作用下, 该结构允许存在的最大损伤。
或在某一规定的损伤情况下, 结构剩余强度能力应大于该结构的剩余强度要求值。
➢裂纹扩展在该结构部位的载荷谱和环境谱作用下, 裂纹长度从可检裂纹尺寸(初始裂纹尺寸)至临界裂纹尺寸之间的裂纹扩展期。
➢损伤检查各种检查方法及检查间隔的选择。
——三个组成损伤容限特性的要素同等重要，三个要素可以单独或组合作用，使结构的安全性达到一个规定的水平。
结构的损伤容限性能裂纹扩展速率、剩余强度及结构细节的可达性、可检性和对各种裂纹检测方法的适应性等综合因素的结合。
4、目标意义损伤容限设计目标确保飞机在使用寿命期间(未修使用期内)可能的最大初始损伤不会增长到危及飞行安全的尺寸。
——对每个重要结构元件制定出一个检查大纲，使得在检测之前，由疲劳损伤、意外损伤或腐蚀损伤引起的裂纹扩展不会扩展到使结构破坏。
损伤容限设计目的损伤容限设计要求，旨在为飞行安全结构和其它选定结构规定最低限度的损伤容限能力。
实践和分析表明，把结构设计成具有足够的抵抗损伤的能力、易于实施检查的损伤容限结构，是提高机队安全水平的有效途径。
损伤容限设计是整个损伤容限系统工程的主体部分。
其目的是通过：●合理的材料选择●恰当的结构布局●缜密的细节设计●有效的检查和维修以保证飞机结构在使用寿命期内不会因疲劳、腐蚀、意外及离散源损伤导致飞机结构发生灾难性破坏。
疲劳损伤（包括腐蚀疲劳）重复载荷在正常空气或环境介质联合作用下产生的疲劳成核、短裂纹及长裂纹扩展导致剩余强度降低和最终结构破坏。
环境损伤（腐蚀损伤）环境可造成三个方面的问题，一般腐蚀（简称腐蚀），应力腐蚀和腐蚀疲劳，腐蚀疲劳已纳入疲劳范畴。
腐蚀是材料与腐蚀介质化学或电化学作用造成的，与力学系统无直接联系。
其破坏过程是：腐蚀初期形成腐蚀坑，逐步扩展并聚合导致结构有效截面减小，最后因静强度或功能上不能满足要求而失效。
应力腐蚀是在材料—静应力—腐蚀介质系统中产生。
经历腐蚀成核并形成裂纹，裂纹在静载荷下随持续时间而扩展，最后导致裂纹非稳态扩展而结构失效。
意外损伤外来物对飞机结构相关部位的袭击，击中部位产生直接或间接的损伤，使剩余强度降低，导致结构破坏，它是一种离散的随机事件。
包括：●外来物击伤，如雨水、冰雹、雷电、跑道碎石等；●与机械设备撞伤，如登机门附近结构与地面设备碰撞，货舱门与卸货设备碰撞等；●加工制造及维修中的刀伤，印伤，刻伤，划伤，维修中操作失当或错误引起的意外损伤等；●其它以外情况，如泄漏等。
离散源损伤也是一种意外损伤，属离散的随机事件，但其损伤尺寸大，涉及的范围广，而且有一定的范围和方向性，包括：●鸟撞；●非包容发动机、风扇叶片的损坏；●非包容高能旋转机械的损坏。
在主要采用损伤容限准则严格保证结构安全性，满足适航性条例的同时，必须在设计阶段就对结构的维修性、经济性给以充分的重视。
两者的有效结合，是飞机结构设计达到新阶段的标志。
第2节设计类型1、两个类型损伤容限要求是按照不同结构类型分别规定的, 结构类型取决于设计概念和可检查度。
按照损伤容限要求设计的结构可分为两大类，如图7-2-1所示图7-2-1 损伤容限结构设计类型缓慢裂纹扩展结构结构被设计成初始损伤在使用环境下以稳定的、缓慢的速率扩展，并且损伤尺寸不会扩大到引起快速不稳定扩展。
——损伤容限（安全性）保证条件：损伤扩展保持低速率，保持有一定的剩余强度能力，对亚临界扩展保证要么在场站级检查就被查出；要么在几倍设计寿命时间内不会达到不稳定扩展的尺寸。
破损安全结构结构设计成用破坏一条主传力途径或用其它损伤抑制来安全地遏制正在扩展的损伤。
——损伤容限（安全性）保证条件：允许部分结构破坏，在结构全部损坏以前有发现这种损伤的能力，在检查前有部分损伤的结构仍具有安全工作的能力，并且在整个期间有规定的剩余强度。
●破损安全—多传力途径结构将本来可以设计成一体的结构人为地分成若干部分，其作用是将损伤控制在局部范围内，以防止在规定的检修周期内，在使用载荷/环境谱作用下结构完全破坏，安全是通过残存结构中到后续的检查之前的缓慢裂纹增长来保证的。
●破损安全—止裂结构这种结构通常由多个元件组成，其作用是使结构在规定的检修周期内，在使用载荷/环境谱作用下，当结构内的初始缺陷、裂纹或其它损伤扩展到完全破坏之前，使不稳定快速扩展的裂纹停止在事先设计的止裂区内，例如停止在止裂桁条或铆钉孔处，安全是通过残余结构的缓慢裂纹增长和在后续的检查中觉察损伤来保证的。
2、选择方案●单途径传力结构（无止裂特性的单途径传力结构）“整体”结构必须视为“缓慢裂纹扩展结构”●多传力途径结构（和有止裂特性的结构）或者规定为“缓慢裂纹扩展结构”，或者在指定的可检查度下规定为“破损安全结构”多途径传力结构可以视为“缓慢裂纹扩展结构”的两种理由：1)难以满足破损安全结构部分要求2)对“缓慢裂纹扩展结构”进行分析减少复杂性——利用多传力途径和止裂措施的设计概念在适当的可检查级别下可定为缓慢裂纹增长或破损安全结构，单传力途径结构没有止裂措施时在适当的可检查级别下必须定为缓慢裂纹扩展结构。
结构设计的方法可能与所选择的设计类型不一致，一旦选定设计类型，结构就必须满足规范对这一类型的所有要求例7-2-1 静不定结构的识别图7-2-2 耳片实例在销子连接的地方有多个耳片，当耳片中的一个（A）疲劳或局部破坏，可允许载荷重新分布在其它完好的结构上，局部静不定通常是有利的，本例是一个很好的设计实践。
但这个接头不能视为“破损安全多途径传力结构”，因为在典型的部位（B）发生损伤和扩展将导致结构不能工作，保证这一结构件安全的唯一办法就是将它视为“缓慢裂纹扩展结构”。
——识别一个结构为破损安全结构是一个需要判断和分析的复杂过程，因此，常常不管结构是什么形式都选用设计类型为“缓慢裂纹扩展结构”。
第3节检查类型和检查间隔1、使用中检查概要表7-3-1 使用中检查概要2、设计类型的不同选择对于缓慢裂纹扩展结构和破损安全结构的完整结构，其损伤可供选择的可检查度只有后两种。
也就是，缓慢裂纹扩展结构有两种结构设计类型，即场站或基地级可检结构和使用中不可检结构。
对于破损安全结构，当主传力途径破坏或快速失稳扩展裂纹被止裂后，由于损伤尺寸较大，可能用更多的检查方法检出损伤，故对破损安全结构的剩余结构，可供选择选择的可检查度为前5种。
第4节 缺陷假设1、 检测概率和置信度7-4-1 初始裂纹尺寸分布初始裂纹尺寸0a出现的频率7-4-2无损检测能力的鉴定●发生频率随裂纹长度增大而发生较小—较大—小的变化，总体看，小的裂纹发生频率大●对于安全极限的预测，主要关心初始裂纹大于无损检验可检测性极限●验证（鉴定）检查裂纹的能力是否小于规定的无损检验极限检测概率和置信度对缓慢裂纹扩展类型分别取90%和95%；对破损安全类型分别取90%和50%。
图7-4-3合理选择初始损伤尺寸示意图两种设计类型所规定的裂纹尺寸的差别，部分地根据无损检验的可靠性和部分地受到缓慢裂纹扩展结构要求达到高水平的损伤容限所支配。
破损安全类型规定与缓慢裂纹扩展类型规定的相同的检测概率值，是由于无损检测能力是不因类型而异的。
