某型飞机导管与结构干涉问题的处置及强度评估

王秋实

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.023

摘 要：结构干涉是飞机制造过程中常见的一种超差情况，如何处置及对处置方案的强度评估十分重要。针对某型飞机导管与结构干涉的问题，该文给出处置方案，并从静强度、疲劳强度及损伤容限三个方面对该方案进行强度评估。结果表明，该处置方案对结构静强度、疲劳强度和损伤容限的影响可以接受。

关键词：飞机 干涉 处置 强度评估

中图分类号：V245 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0023-02

在飞机结构设计中，，结构干涉是一种典型的工程问题，其处置方法一般是在保证处置方案对结构强度的影响可以接受的情况下，根据相应工艺程序文件对可修切部件进行局部修整直至满足实际要求，同时需要对处置方案进行强度评估，保证该方案的可行性。

1 问题描述及处置方案

起落架舱框滑轮组件防护罩和回油管之间间隙上部为4 mm，下部局部挫修3 mm后间隙为3 mm，不符合要求。工程处置方案为对防护罩局部进行修整，保证修整边圆滑过度，修整深度不超过3 mm，长度不超过30 mm，修整后按使用环氧底漆进行补漆。防护罩局部修整位置如图1所示。

2 处置方案强度评估

2.1 静强度评估

该防护罩承受最严重的载荷是轮胎爆破时形成的爆破喷流，需要分别校核结构在正面气流压力和侧向气流压力两种工况下的裕度。

该节基于ABAQUS对修整前后的结构进行有限元分析。结构材料为17-7PH不锈钢，E=200 GPa，μ=0.28，采用C3D8R单元划分网格，在防护罩与其他结构固定的4个角片上约束所有平移自由度，载荷为等效静压，其中正面气流压力工况下的等效静压为0.610 3 MPa，侧向气流压力工况下的等效静压为0.137 3 MPa，两种工况下的边界条件及载荷分别如图2所示。

对修整前结构进行有限元分析，正向、侧向载荷工况下的分析结果如图3、4所示。正向、侧向载荷工况下最大Mises应力分别是835 MPa、1 105 MPa。

对修整后结构进行有限元分析，正向、侧向载荷工况下的分析结果如图5、6所示。正向、侧向载荷工况下最大Mises应力分别是812 MPa、1 126 MPa。

提取修理前后修理区域最大应力如表1所示。

由表1可知，结构修理前后总体应力分布变化不大，然而对修理区域的应力分布有一定影响。虽然结构安全裕度较小，但还是大于0，所以超差修理后静强度是可接受的。

2.2 疲劳强度评估

疲劳损伤主要由地空地循环和1 g应力显著变化引起的主循环造成，该防护罩在飞机使用过程中仅是保护相应管路而不承受和传递载荷，其应力应变主要是变形协调引起，因此，该结构在地空地循环及主循环中应力水平与地空地许用应力相比是很低的，以至于难以产生疲劳损伤，所以结构的疲劳裕度很大。

防护罩经过局部修切后，对远离修切区域的应力影响不大，对修理周边区域的应力分布有一定影响，由于修切是按相应工艺规范进行的，不会造成严重的应力集中，参照表1可知这种局部修切对周边区域应力分布的影响也是有限的。

DFR计算公式为：

（1）

修理方案没有改变影响DRF的修正系数A、B、C、D、E、U、RC，所以没有改变DFR值。

所以对于修切周边以外的区域而言，修理方案不会改变其疲劳裕度，而对于修切周边区域，修理方案对疲劳裕度改变是有限的。所以，超差修理后疲劳强度可以接受。

2.3 损伤容限评估

该防护罩从飞机上脱落或丧失其功能后不影响飞机的安全飞行，没有必要从裂纹扩展、剩余强度方面考虑其损伤容限特性，对其维护仅取决于经济性。

由于该防护罩不在裂纹扩展分析范围内，因此，对结构检查大纲的检查门槛值及检查間隔没有影响。

2.4 结论

强度评估计算结果表明，该超差处置方案对结构静强度、疲劳强度和损伤容限的影响是可接受的。

3 结语

当民用飞机制造过程中出现结构干涉问题时，一般是依据相应工艺程序文件对可修切部件进行局部修整直至满足现实要求。

使用有限元方法对处置方案进行静强度评估是可行的；对于疲劳强度，可以使用细节疲劳额定值（DFR）法计算超差处理后的裕度；对于损伤容限，可依据结构的剩余强度及裂纹扩展特性得出裂纹扩展寿命及裂纹扩展寿命曲线，进而确定超差处置对结构细节的裂纹检查门槛值以及重复检查间隔的影响。

在表明超差处置方案对结构静强度、疲劳强度及损伤容限的影响可接受后，才能确保结构修理方案能使飞机结构实现所预期的完整性。

参考文献

[1] 王勖成.有限单元法[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2] 郑晓玲.民机结构耐久性与损伤容限设计手册（上册）[M].北京：航空工业出版社，2003.

[3] 民机结构耐久性与损伤容限设计手册（下册）[M].北京：航空工业出版社，2003.