项目简介

简介:

随着航空科学技术的飞速发展,飞机结构设计思想在不断更新。飞机结构由最初的静强度设计经历了安全寿命设计、破损安全设计逐步演进到现代的损伤容限设计,满足越来越高的安全性要求。损伤容限设计的基础是断裂力学,研究含缺陷材料和结构的力学行为和破坏问题。本实验设置含裂纹机身壁板静态断裂行为、含裂纹机身壁板疲劳断裂行为及含裂纹机身壁板补强断裂行为等三个模块,融合贯通断裂力学中线弹性断裂力学、静态断裂行为、疲劳断裂行为等课程主要知识点,通过问题驱动式的实验任务,使得学生全面提升对相关知识点的掌握度,培养综合应用知识解决实际工程力学问题的实践和创新能力。实验模块一:当飞机结构中出现裂纹后,第一个首先要解决的问题是:飞机结构的剩余强度够不够?即飞机在使用载荷作用下,是否能满足安全性的要求,不引起结构破坏。实验中,学生从虚拟的飞机结构中提取含裂纹的机身壁板试验件,将其固定于试验机,在使用载荷作用下,观测裂纹对其应力应变分布的影响,考察是否满足安全性;如在使用载荷作用下试件未破坏,则继续加载,获取结构破坏的极限载荷,即含裂纹结构的剩余强度。通过该实验模块,学生将掌握应力强度因子、断裂韧性、脆性断裂准则、剩余强度等知识点。实验模块二:当飞机结构的剩余强度足够的时候,第二个需要解决的问题是:飞机结构的剩余寿命是多少?即飞机还能飞行多少个起落(疲劳载荷循环),裂纹扩展会引起结构破坏。实验中,学生将对固定于试验机的试验件施加疲劳载荷循环(其最大值为使用载荷),并使用光学显微镜观测获取裂纹长度随载荷循环的扩展曲线,直至达到临界长度破坏,破坏时的载荷循环即为含裂纹机身壁板的剩余寿命。通过该实验模块,学生将掌握裂纹稳定扩展阶段、裂纹扩展速率、Paris裂纹扩展模型等知识点。实验模块三:当飞机结构中的裂纹被检测出后,第三个需要解决的问题是:如何对飞机结构进行快速有效的修补以提高飞机结构的剩余强度和剩余寿命?实验中,学生将对固定于试验机的试验件施加疲劳载荷循环(其最大值为使用载荷),并使用光学显微镜观测获取裂纹长度随载荷循环的扩展曲线,并根据相同应力比的恒幅疲劳载荷下,同种材料的疲劳裂纹扩展曲线唯一这一基本假设,获取裂尖应力强度因子的等效折减系数。通过该实验模块,学生将掌握胶接修补技术、胶接修补止裂机理、James-Anderson方法等知识点。

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