民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證

趙峻峰 李三平 李 強(qiáng)

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

0 引言

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求是民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ),在既定的設(shè)計(jì)目標(biāo)(包括使用和維修等指標(biāo))下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)重量最輕則是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。飛機(jī)誕生的100多年來(lái)，保證機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度是飛機(jī)設(shè)計(jì)師最早開(kāi)始考慮的問(wèn)題之一。隨著飛機(jī)的普及，飛機(jī)設(shè)計(jì)師通過(guò)總結(jié)所遇到的問(wèn)題，不斷拓展飛機(jī)設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題，形成了當(dāng)今涉及機(jī)體結(jié)構(gòu)安全的涵蓋靜強(qiáng)度、動(dòng)力響應(yīng)、疲勞和損傷容限、鳥(niǎo)撞、墜撞、顫振、水上迫降等相關(guān)專業(yè)的完善的飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證體系。

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析與驗(yàn)證是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)展最早、最成熟的技術(shù)，也是分析準(zhǔn)確度相對(duì)較高的技術(shù)。近年來(lái)航線運(yùn)營(yíng)的民用飛機(jī)幾乎沒(méi)有因?yàn)闄C(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度問(wèn)題造成的運(yùn)行事故，這歸功于一套完善的機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證體系，包括分析和試驗(yàn)。本文對(duì)當(dāng)前民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證工作流程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并闡述適航驗(yàn)證的基本思路。

1 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證流程

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，通過(guò)分析和試驗(yàn)相結(jié)合，形成了一套完善的民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證流程，本文以圖1為線索介紹機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證的主要工作，并闡述民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證思路。

圖1 民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證流程

2 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析

2.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)載荷

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度載荷使用限制載荷和極限載荷來(lái)規(guī)定[1]。限制載荷是飛機(jī)服役中預(yù)期的最大載荷，極限載荷是限制載荷乘以規(guī)定的安全系數(shù)。按CCAR25.303規(guī)定，除另有規(guī)定，當(dāng)以限制載荷作為結(jié)構(gòu)的外載荷時(shí)，必須采用安全系數(shù)1.5。考慮機(jī)體結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，只需采用限制載荷進(jìn)行分析。限制載荷是飛機(jī)在運(yùn)行中可能遇到的最嚴(yán)酷的情況，因此飛機(jī)結(jié)構(gòu)最嚴(yán)重的變形出現(xiàn)在限制載荷情況下，而考慮了安全系數(shù)的極限載荷則用于考核結(jié)構(gòu)的承載能力。

機(jī)體結(jié)構(gòu)載荷主要包括飛行載荷和地面載荷，分別考慮了飛行中空氣作用于機(jī)體結(jié)構(gòu)的力和地面運(yùn)行時(shí)地面作用于起落架的力對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)考慮飛機(jī)在水面上降落或迫降時(shí)，還需考慮水載荷作用于機(jī)體結(jié)構(gòu)的情況。在進(jìn)行突風(fēng)載荷、地面著陸和滑行載荷計(jì)算時(shí)，需要通過(guò)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析來(lái)確定機(jī)體結(jié)構(gòu)載荷的嚴(yán)重情況。

在進(jìn)行機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析時(shí)，采用一套計(jì)及飛機(jī)每一質(zhì)量項(xiàng)目的慣性力與這些空氣、地面和水載荷相平衡的全機(jī)平衡載荷。除了全機(jī)平衡的飛行和地面載荷外，在機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析時(shí)還需要考慮一些局部結(jié)構(gòu)載荷，譬如增壓艙增壓載荷、起落架的局部牽引載荷、用于飛機(jī)頂升的頂起點(diǎn)局部載荷、艙門的局部氣動(dòng)載荷和操縱系統(tǒng)作動(dòng)器局部操縱載荷等。

為了獲得所有的載荷臨界點(diǎn)，在載荷計(jì)算時(shí)需考慮所有重量、重心、速度和高度的組合，得到幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)種載荷工況。在進(jìn)行機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析時(shí)顯然不可能對(duì)每一種載荷工況都進(jìn)行強(qiáng)度分析，需要對(duì)載荷進(jìn)行篩選。一般可通過(guò)機(jī)體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剖面內(nèi)力(彎矩、剪力和扭矩)進(jìn)行單值包線篩選和組合包線篩選。對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)和重要連接，譬如活動(dòng)面接頭和起落架連接接頭等，可對(duì)接頭單點(diǎn)載荷進(jìn)行各方向單值和組合值篩選。通過(guò)載荷篩選，一般全機(jī)載荷工況數(shù)可控制在幾百的量級(jí)，用于機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析。

2.2 全機(jī)有限元模型建模

全機(jī)有限元模型是機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析的基礎(chǔ)，一般采用一維和二維單元模擬典型機(jī)體結(jié)構(gòu)，根據(jù)剛度等效原理將機(jī)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為有限個(gè)計(jì)算單元。對(duì)于特定的飛機(jī)型號(hào)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定統(tǒng)一的全機(jī)有限元建模規(guī)定[2]。全機(jī)有限元模型涉及機(jī)身、機(jī)翼和尾翼多個(gè)部件，一般由各部件設(shè)計(jì)人員分別完成部件建模，再由全機(jī)有限元管理人員負(fù)責(zé)組裝。全機(jī)有限元模型是涉及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、載荷施加、傳力分析、強(qiáng)度方法和數(shù)據(jù)管理的綜合權(quán)衡、甚至相互妥協(xié)的復(fù)雜工程實(shí)踐工作。

2.3 全機(jī)有限元內(nèi)力計(jì)算

將經(jīng)過(guò)篩選后的每一個(gè)載荷工況以全機(jī)平衡載荷的形式施加到全機(jī)有限元模型上，獲得機(jī)體結(jié)構(gòu)每一典型結(jié)構(gòu)單元的作用力(結(jié)構(gòu)內(nèi)力)用于結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析。在施加載荷過(guò)程中須準(zhǔn)確地模擬所施加的氣動(dòng)載荷、結(jié)構(gòu)慣性載荷、客載和貨載等載荷。民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證要求分析用軟件應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證或有一定的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般采用NASTRAN作為全機(jī)有限元計(jì)算的求解器。

2.4 典型結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核一般采用成熟的工程方法對(duì)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核。首先，從全機(jī)有限元內(nèi)力計(jì)算結(jié)果中提取典型結(jié)構(gòu)的最大工作載荷，這些工作載荷有的來(lái)自一個(gè)典型結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)力，有的來(lái)自多個(gè)典型結(jié)構(gòu)單元內(nèi)力的組合。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的工程方法計(jì)算典型結(jié)構(gòu)許用值，這些工程方法必須是成熟可靠的，一般均為經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的方法。最后，根據(jù)許用值與最大工作載荷之比計(jì)算得到安全裕度，完成典型結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度校核。

2.5 精細(xì)有限元模型分析

對(duì)于機(jī)體結(jié)構(gòu)局部受力復(fù)雜的位置，可從全機(jī)有限元模型中截取局部結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行細(xì)化分析，獲得局部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)應(yīng)力分布，有效模擬由于應(yīng)力集中造成的局部高應(yīng)力情況。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的不斷增強(qiáng)，全機(jī)精細(xì)有限元模型分析[9]成為可能，單元尺度可達(dá)到厘米級(jí)。譬如單通道民用客機(jī)可進(jìn)行2 000萬(wàn)單元量級(jí)的全機(jī)精細(xì)有限元模型分析，可有效識(shí)別大量局部高應(yīng)力細(xì)節(jié)，為靜強(qiáng)度分析和全機(jī)靜力試驗(yàn)驗(yàn)證提供參考，避免由于分析不充分造成試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中結(jié)構(gòu)預(yù)期外的破壞。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，在一些工程分析方法相對(duì)較保守的部位，精細(xì)有限元模型可以大幅度提高分析精準(zhǔn)度，減小工程分析方法的保守量，提高結(jié)構(gòu)效率。同時(shí)，作為一種獨(dú)立的分析方法，精細(xì)有限元模型可以捕捉傳統(tǒng)模型中被“簡(jiǎn)化”掉的遺漏風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，從而提高試驗(yàn)的成功率。

盡管全機(jī)精細(xì)有限元模型分析技術(shù)已經(jīng)顯現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是在機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證應(yīng)用方面還處于起步階段，需要系統(tǒng)性的建立從應(yīng)力/內(nèi)力分析到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全裕度全過(guò)程的機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證體系，并通過(guò)型號(hào)的實(shí)際應(yīng)用。目前，全機(jī)精細(xì)模型只起到輔助和補(bǔ)充的作用，離最終取代原有的驗(yàn)證模式還有很長(zhǎng)的路要走。

2.6 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析自動(dòng)化

早期機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析主要靠分析工程師手工或借助一些簡(jiǎn)單的計(jì)算程序完成，工作質(zhì)量和工作效率相對(duì)較低。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一的分析平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化操作成為可能。國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)單位均開(kāi)發(fā)了大量結(jié)構(gòu)強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)，其中國(guó)外以空客公司ISAMI為代表，成功應(yīng)用于A350飛機(jī)研制，國(guó)內(nèi)也實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用[3-5]。強(qiáng)度自動(dòng)化平臺(tái)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分析方法統(tǒng)一，分析數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析質(zhì)量；分析程序的自動(dòng)運(yùn)行還顯著提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的效率，這樣的快速迭代能力在設(shè)計(jì)方案更改期間至關(guān)重要。

3 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度試驗(yàn)

3.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)體結(jié)構(gòu)的最重要手段，只有通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的分析方法才能用于適航驗(yàn)證。機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度試驗(yàn)主要分為兩類，一類用于驗(yàn)證許用值，包括材料許用值、緊固件許用值和典型結(jié)構(gòu)許用值。另一類用于驗(yàn)證分析模型，主要是全機(jī)有限元模型的驗(yàn)證。

3.2 許用值試驗(yàn)

機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度許用值試驗(yàn)大致可分為兩類，一類是材料的許用值試驗(yàn)，另一類是結(jié)構(gòu)的許用值試驗(yàn)[10]。

用于機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析的材料許用值、緊固件許用值均可由試驗(yàn)直接獲得。對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)一般由材料和緊固件供應(yīng)商完成，并寫入金屬材料手冊(cè)(MMPDS)中。一些特殊的許用值未在MMPDS中給出，需要用戶自行進(jìn)行試驗(yàn)獲取，譬如一些埋頭緊固件許用值，緊固件濕安裝系數(shù)等。對(duì)于復(fù)合材料，由于材料的性能與制造工藝密切相關(guān)，因此需要在型號(hào)研制初期，根據(jù)型號(hào)選用的復(fù)合材料體系，規(guī)劃復(fù)合材料許用值驗(yàn)證矩陣，通過(guò)大量許用值試驗(yàn)得到機(jī)體結(jié)構(gòu)分析用材料許用值，在進(jìn)行復(fù)合材料許用值試驗(yàn)時(shí)還需考慮環(huán)境等因素的影響。

結(jié)構(gòu)許用值試驗(yàn)一方面可以直接得到結(jié)構(gòu)的承載能力，另一方面可以用于驗(yàn)證結(jié)構(gòu)許用值分析方法，為機(jī)體結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)證提供基礎(chǔ)。這些試驗(yàn)主要是零組件試驗(yàn)，譬如典型長(zhǎng)桁壓損試驗(yàn)，典型壁板壓縮、剪切試驗(yàn)等。最大規(guī)模的結(jié)構(gòu)許用值試驗(yàn)是全機(jī)靜力試驗(yàn)的極限載荷工況，用于驗(yàn)證機(jī)體結(jié)構(gòu)的極限載荷承載能力，是機(jī)體結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的重要試驗(yàn)之一。

3.3 模型驗(yàn)證試驗(yàn)

機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)內(nèi)力，結(jié)構(gòu)內(nèi)力是通過(guò)外載荷施加到全機(jī)有限元模型上計(jì)算得到的，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的準(zhǔn)確性。

機(jī)體結(jié)構(gòu)除個(gè)別結(jié)構(gòu)外均為多傳力路徑結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)保證了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的破損安全特性，同時(shí)也使全機(jī)有限元模型成為一個(gè)高度靜不定結(jié)構(gòu)，必須通過(guò)試驗(yàn)手段對(duì)全機(jī)有限元內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

如前文所述，全機(jī)靜力試驗(yàn)的極限載荷工況是驗(yàn)證機(jī)體結(jié)構(gòu)承載能力的重要試驗(yàn)，全機(jī)靜力試驗(yàn)的限制載荷工況則是驗(yàn)證全機(jī)有限元模型的重要試驗(yàn)。近年來(lái)，隨著計(jì)算能力以及分析能力的提高，民用飛機(jī)適航管理部門越來(lái)越重視飛機(jī)制造商的分析驗(yàn)證能力。由于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的周期和經(jīng)費(fèi)的限制，直接進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的工況總是有限的，進(jìn)行全面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析能夠更好的提高結(jié)構(gòu)安全性和可靠性。

除全機(jī)靜力試驗(yàn)對(duì)全機(jī)有限元內(nèi)力計(jì)算的驗(yàn)證外，對(duì)于一些局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，也可以通過(guò)局部典型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性。譬如驗(yàn)證局部連接件載荷計(jì)算，可以設(shè)計(jì)典型連接結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件，通過(guò)試驗(yàn)件連接區(qū)域的應(yīng)力分布來(lái)驗(yàn)證局部有限元模型計(jì)算的連接件載荷的準(zhǔn)確性。

4 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證

4.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)適航驗(yàn)證

民用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)適航驗(yàn)證是民用飛機(jī)研制的重要環(huán)節(jié)，一個(gè)新的民用飛機(jī)型號(hào)是否能夠在研制完成后快速完成適航驗(yàn)證取得型號(hào)合格證并投入市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)將影響到整個(gè)項(xiàng)目的成敗。

民用飛機(jī)的適航驗(yàn)證目的是保障民用飛機(jī)的安全性，是以代表公眾的政府部門主導(dǎo)制定的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證，涉及民用飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造、使用和維修全生命周期。驗(yàn)證主要包括工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證和管理驗(yàn)證。本文討論的機(jī)體結(jié)構(gòu)適航驗(yàn)證屬于工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證，對(duì)于大型民用飛機(jī)，按CCAR25部以及相關(guān)的修正案執(zhí)行。

由于民用飛機(jī)研制周期長(zhǎng)，為了縮短適航驗(yàn)證周期，適航驗(yàn)證與工程設(shè)計(jì)是同步進(jìn)行的。另外，由于很多驗(yàn)證證據(jù)是在飛機(jī)研發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的，因此適航審查方也要求在飛機(jī)研制開(kāi)始階段就介入審查。

機(jī)體結(jié)構(gòu)適航驗(yàn)證與飛機(jī)其他系統(tǒng)同步，在飛機(jī)項(xiàng)目向適航審查部門提出型號(hào)審查申請(qǐng)(一般在飛機(jī)初步設(shè)計(jì)開(kāi)始階段)時(shí)，首先根據(jù)飛機(jī)型號(hào)的機(jī)體結(jié)構(gòu)方案，對(duì)照適航規(guī)章和相關(guān)的修正案，梳理機(jī)體結(jié)構(gòu)的審定基礎(chǔ)，根據(jù)申請(qǐng)人的技術(shù)能力和經(jīng)驗(yàn)，提出各部分結(jié)構(gòu)的初步符合性驗(yàn)證方法，完成審定計(jì)劃(CP)，并得到審查方的認(rèn)可或批準(zhǔn)。另外，審定計(jì)劃貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程中，隨著工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作的深入，根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)構(gòu)型和驗(yàn)證情況變化，需要不斷對(duì)審定計(jì)劃進(jìn)行修正。

4.2 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證方法(MC)

根據(jù)航空器型號(hào)合格審定程序[6]，在型號(hào)合格審查過(guò)程中，為了獲得所需的證據(jù)資料以表明適航條款的符合性，申請(qǐng)人通常需要采用不同的方法。這些方法匯總為十種，適航審查中根據(jù)適航條款的具體要求選取其中的一種或多種組合的方式來(lái)滿足條款的要求。

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證方法主要采用MC2和MC4。

MC2為分析和計(jì)算，采用經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的分析方法對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度分析計(jì)算，分析結(jié)果可以表明結(jié)構(gòu)滿足適航規(guī)章的靜強(qiáng)度要求，保證結(jié)構(gòu)安全。

MC4為試驗(yàn)室試驗(yàn)，通過(guò)從試片、零組件到全機(jī)的一系列結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的承載能力是否滿足適航規(guī)章要求或驗(yàn)證結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析方法是否可接受。工程上，可接受判斷依據(jù)一般認(rèn)為是可以通過(guò)試驗(yàn)證據(jù)表明分析在一定的較小的誤差范圍內(nèi)或表明分析均是保守的。

4.3 機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證思路

金屬結(jié)構(gòu)機(jī)體靜強(qiáng)度驗(yàn)證早期，由于分析方法和計(jì)算能力的限制，基本依靠試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，航空結(jié)構(gòu)工程師對(duì)金屬機(jī)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，特別是NASA組織的一系列研究，發(fā)表了大量關(guān)于金屬機(jī)體結(jié)構(gòu)分析方法的報(bào)告，至今這些分析方法還廣泛應(yīng)用于金屬機(jī)體結(jié)構(gòu)的分析中。隨著分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷發(fā)展，民用飛機(jī)機(jī)體金屬結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證從單純依靠試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)展到現(xiàn)今的通過(guò)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的分析方法的分析結(jié)合少量試驗(yàn)完成金屬機(jī)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度驗(yàn)證。并且，適航審查部門越來(lái)越重視采用經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的分析進(jìn)行適航驗(yàn)證。試驗(yàn)驗(yàn)證中試驗(yàn)工況是有限的，無(wú)法通過(guò)有限的試驗(yàn)對(duì)所有臨界部位進(jìn)行所有臨界工況的驗(yàn)證，采用經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的分析進(jìn)行適航驗(yàn)證更能保證驗(yàn)證的全面性，從而更好地保證機(jī)體結(jié)構(gòu)的安全性。

近年來(lái)，復(fù)合材料大量應(yīng)用于民用飛機(jī)，以波音787和A350為代表的新一代民用飛機(jī)復(fù)合材料用量已超過(guò)50%。但相對(duì)于金屬材料結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能受制造和使用環(huán)境等影響較大，分析方法成熟度相對(duì)較低，目前復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度驗(yàn)證還需要大量依賴于試驗(yàn)。

為了縮短復(fù)合材料結(jié)構(gòu)驗(yàn)證周期，降低研制成本，目前復(fù)合材料結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證普遍采用積木式驗(yàn)證模式[7]。積木式驗(yàn)證采用全尺寸部件和由試樣、元件和組合件組成的多層次積木式設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)相結(jié)合的方法。多層次試驗(yàn)驗(yàn)證有助于使全尺寸試驗(yàn)時(shí)實(shí)施困難的驗(yàn)證內(nèi)容(如環(huán)境影響和損傷性能等)在低層次上通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，并且可以避免全尺寸試驗(yàn)的復(fù)雜性和實(shí)施困難，降低研制成本，確保全尺寸試驗(yàn)驗(yàn)證順利一次通過(guò)，盡可能少地付出重量代價(jià)。對(duì)于靜強(qiáng)度驗(yàn)證，由于全尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)往往無(wú)法模擬諸多的綜合環(huán)境效應(yīng)，驗(yàn)證是不完整的，需要通過(guò)低層級(jí)試驗(yàn)驗(yàn)證室溫條件與濕熱環(huán)境下的相同破壞模式，同時(shí)給出室溫條件下全尺寸試驗(yàn)所需的環(huán)境補(bǔ)償系數(shù)，從而保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度驗(yàn)證的完整性[8]。

5 結(jié)論

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證雖然是機(jī)體結(jié)構(gòu)驗(yàn)證中較成熟的專業(yè)，但是在復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)驗(yàn)證、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)驗(yàn)證、混合結(jié)構(gòu)驗(yàn)證等方面還有很大的提高空間?？刹捎梅e木式驗(yàn)證的模式，開(kāi)展底層基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，對(duì)精細(xì)有限元模型分析方法進(jìn)行充分的驗(yàn)證，使精細(xì)有限元模型靜強(qiáng)度分析在結(jié)構(gòu)應(yīng)力(內(nèi)力)分布和結(jié)構(gòu)承載能力方面逐步替代試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)可以用于全機(jī)內(nèi)力有限元模型的校準(zhǔn)。

機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析仍然可以采用內(nèi)力模型加工程分析方法的模式，不斷提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)的自動(dòng)化程度和易用性，完善新材料和新結(jié)構(gòu)分析的方法，為結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度適航驗(yàn)證提供全面可靠，高質(zhì)量的分析報(bào)告。