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摘要：随着我国经济的不断发展，国家科技水平的不断提升，对高精尖技术的重视也是越来越有所增加，其中飞机的研发就是重点研究项目, 当下，国家的综合实力不断提升，我国已经是世界第二大经济大国，而我国也是一个人口众多的，要在世界强国之林立足，就需要在高精尖技术方面的发展走在前列或者紧随状态,而飞机作为高精尖技术集中体现的产物，探究力学在飞机结构设计中的应用是解决飞机发展难题的重要课题。本文将对飞机结构中的力学问题进行分析，介绍力学在飞机结构设计的一些方面的应用，和与之的发展情况。诸如机身的疲劳断裂力学问题和飞机所受不同类型载荷情况下的强度损坏分析等。
关键词：力学；飞机结构；设计；应用；发展
由于国家的经济不断发展，我国综合实力地提升，国家发展进入互联网信息化的时代了，飞机空中的运输者也是日异月新式的发展，给人民的生活带来了很大的变化，但飞机结构设计中的重要而基础问题就是力学问题，通过对力学在飞机结构设计中的应用情况，就可以略知和更好发展好飞机事业。
一、飞机结构设计中所应用的力学情况
飞机就是当下高科技制造的典型代表之一，其包括有材料、计算机、自动化以及机械等多学科的综合类工程，是衡量一个国家科技的标志之一，同时也是现代科学和技术的完美体现，是实现人类翱翔天际的智慧代表。在这样飞机式的先进又复杂的工程系统中，飞机结构设计中遇到最多的问题或者说有利工具就是力学。随着我国社会经济的快速发展，计算机技术以其独有的优势被广泛应用在各行各业当中，改善了人们的生产、生活、思维模式。在计算机技术的支持下，T通过其强大的计算能力，在飞机结构设计中成功发展了可以适合飞机复杂结构应力分析的有限元方法和不同的飞机结构优化设计方式，从此使得传统的比较难的飞机结构设计情况变得向精确定量分析和优化设计方向进行了。通常飞机的整机制造中，有装备一代、设计一代和研制一代的三个大步骤的发展方式。计算机的CAD/CAE技术时可以来帮助研制损坏飞机和直升机的数值来选优，确定最优方案确定飞机结构的强度性能，而CAE技术的主要功能机制就是力学有限元程序。现代的航空飞行器发展又是迅猛，飞机结构设计的思想需要满足时代要求，需要达到高可靠性、长寿命、高出勤率和低维修成本等综合性的要求，飞机结构的耐久性是不变的话题，飞机结构的寿命也是需要研究结构细部的抗疲劳和应力受力变形情况。
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二、飞机结构设计中的疲劳损伤断裂力学计算和评估
通常结构耐久性就是需要飞机结构能够抗疲劳开裂和减少蠕变实效等损坏。国内外学者做了大量关于高温构件发生蠕变失效而产生的寿命损耗方面的研究，提出了很多蠕变寿命损耗模型。目前绝大多数的蠕变模型可以分为两类，一类是以试验结果数据为基础对其进行数学描述，可以称之为参数唯象模型；另一类则是从蠕变材料本身的物理意义出发，建立相关的力学和热力学物理模型。涡轮叶片危险部位的应力应变历程是预测涡轮叶片寿命的重要数据，其计算结果正确与否与涡轮叶片寿命预测的精度有直接关系。目前确定局部应力应变历程的方法主要有三种：（1）试验方法；（2）近似计算方法；（3）有限元方法。飞机结构设计中的力学问题常用的就有限元分析方法，再结合疲劳损伤累计准则：Miner准则是当下工程应用的常用疲劳损伤累计准则，EDG-3应力标准就是采用Miner准则来进行谱载荷下的疲劳损伤累计计算。
基于S-N 曲线法的涡轮叶片寿命预估：对曲线进行方程拟合得到：
在上述7 次多项式中，令则所求的 Y 值即为等效脉动应力σ对应的疲劳寿命Τ。通过上述寿命预测方程，即可求得飞机构件在各个循环工作状态下的疲劳寿命。
飞机机身和机翼的结构设计中，有多种开孔件和连接部位，每个构件可能的应力分布不均会导致它们同时存在具有足够尺度和密度的裂纹，这样就使得结构达不到飞机所需的强度要求，从而产生广布疲劳损伤了，这种疲劳损伤要进行有限元计算和风险评估。其中编制载荷谱是计算其部件强度和寿命评估、可靠性分析和测试评估而进行的一项载荷要素的组合工作，这是飞机在特定任务和使用情况下的所受载荷参数的统计结果。飞行任务剖面主要需要的参数是飞行速度、涡轮转速以及燃气涡轮前后温度，这些数据的获得是在发动机进行一次起落循环过程中，测试它们随着时间的变化，根据这些数据就可得到飞机的任务剖面了。编制载荷谱就是需要这些基础而重要的数据。一般典型的飞行任务剖面主要有包括去伪读数、峰谷值检测、无效幅值去除这些方面。通过有限元数值计算和实验数据的获得，可以全面来评估和验证飞机所需要达到的力学强度要求和其他综合要求。
飞机所受不同类型载荷情况下的强度损坏分析，可以编制载荷谱，为了获得其有效载荷潜力，一般是需要对其部件上的各种负载以时间间隔的方式来采集数据，包括有峰值和谷值的选择以及雨流计数的统计处理。 对于飞机结构，还可以通过任务配置文件进行编辑载荷谱。为了更好研发和应对飞机结构的载荷力学受力情况，当下先进的复合材料的应用就是力学在飞机结构设计中的发展的一个典型代表，也是良好的一个方向。先进复合材料由于其具有好的比强度、比刚度、抗疲劳特性等各种优秀的性能，其也是可以将力学设计和结构设计完美结合，所以可以很好发挥出力学之美，从而促进飞机的快速又科学的发展。
三、总结
近年来我国经济现代化的发展势头越来越猛，社会各方面的科技水平也飞速的提升，国际形态的多变性，在国家建设过程中对飞机战略性技术的发展也在不断的增加和重视。而飞机结构在实际应用中，受力问题是非常重要的问题，飞机结构强度的高度重视就是一有利说明。结合计算机的CAD/CAE技术，进行有限元分析和实验数据的具体结合是很好的研究方法，做好力学在飞机结构设计中的应用工作和更好发展下去是一项非常有意义且刻不容缓的。
参考文献：
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[2] 孙恒. 浅析力学在飞机结构设计中的应用与发展[J]. 军民两用技术与产品, 2015(22).
[3] 张家堂, 秦存峰, 张兴金. 力学在飞机结构设计中的应用与发展[J]. 工程技术:文摘版, 2016(5):00042-00042.
论文作者:焦振双
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/5
标签：飞机论文; 力学论文; 结构设计论文; 载荷论文; 结构论文; 寿命论文; 应力论文; 《防护工程》2018年第19期论文;