[发明专利]一种基于修正的威布尔统计分析的民用飞机复合材料结构疲劳验证过程中载荷处理方法

权利要求书

1.一种基于修正的威布尔统计分析的民用飞机复合材料结构疲劳验证过程中载荷处理方法，其特征在于，其步骤为：

1)等谱疲劳试验矩阵：确定待验证的复合材料结构的铺层和危险破坏模式，设计等谱疲劳试验矩阵，相同铺层，相同试验环境相同加载方式的疲劳试验为一组，要求至少包含6组疲劳试验，每组疲劳试验件数量不少于18件且试验件至少包含3个材料批次和2个固化炉次；

2)进行试验：依次进行静力试验和疲劳试验，并记录试验结果；

3)根据步骤2)中的试验结果，按下列方法确定满足1倍寿命且具有B-基准可靠性的试验参数：

3.1)推导每组试验的强度形状参数和寿命形状参数

3.2)将每组试验数据分析得到的强度形状参数进行收集后进行威布尔统计分析，得到强度的形状参数β_s′和尺度参数a′_s，利用公式(1)推导出剩余强度威布尔分布的形状参数α_R；

3.3)将每组试验数据分析得到的寿命形状参数进行收集后进行威布尔统计分析，得到寿命的形状参数β′_L和尺寸参数a′_L，利用公式(2)推导出疲劳寿命威布尔分布的形状参数α_L；

3.4)利用公式(3)得到满足1倍寿命且具有B-基准可靠性的一系列试验参数：

式中：

P——置信度为γ时要求的可靠度；

α_R——剩余强度威布尔分布的形状参数；

α_L——疲劳寿命威布尔分布的形状参数；

n——待验证的试验件数量；

N——试验周期数；

4)收集每组疲劳试验数据，建立平均的S-N曲线和B基准S-N曲线，将B基准S-N曲线进行外推，1×10⁷循环对应的应力水平定为试验件的疲劳门槛值，根据不同类型试验得到的疲劳门槛值确定疲劳组载荷应力删除水平；

5)基于4)得到的应力删除水平，即对待验证试验件的疲劳载荷谱载荷进行删除处理，再结合金属疲劳试验常用的雨流法对载荷谱循环次数进行处理，得到初步处理后的载荷谱；

6)结合3)得到的试验参数，对5)得到的载荷谱进行处理，得到可用于结构验证的疲劳载荷谱。

2.根据权利要求1所述的一种基于修正的威布尔统计分析的民用飞机复合材料结构疲劳验证过程中载荷处理方法，其特征在于：步骤2)中具体方法如下：

2.1)行静力试验：确定试样在室温干态环境下的静强度平均值；

2.2)进行疲劳试验，具体实施方案如下：

2.2.1)将每组疲劳试验件初步分为N个子组，子组数量可在试验过程中进行调整；

2.2.2)优先选取70％静强度折算成第一个子组的疲劳载荷进行疲劳试验，如果试验件在达到1×10⁶循环时未发生破坏，则停止疲劳试验，并对该试验件进行静力测试，记录试验件发生破坏的载荷，计算其剩余强度，如果试验件在达到1×10⁶循环前发生破坏则记录破坏时的循环次数；根据第一个子组的疲劳试验结果，调整疲劳载荷，进行第二个子组的疲劳试验，如果第一个子组内未达到1×10⁶循环次数的试验件数量超过50％，则降低第二个子组的疲劳载荷，相反，如果第一个子组内达到1×10⁶循环次数的试验件数量低于50％，则提高第二个子组的疲劳载荷；依据得到的试验结果调整下一个子组的试验件的载荷水平进行试验；

2.2.3)按照2.2.2完成每组疲劳试验，疲劳试验应满足每组疲劳试验至少包含3个应力水平，每个应力水平至少2个试验件，每组全部试验件中至少有20％的试验件达到1×10⁶循环后未发生破坏并测试其剩余强度。

3.根据权利要求1所述的一种基于修正的威布尔统计分析的民用飞机复合材料结构疲劳验证过程中载荷处理方法，其特征在于：步骤3)中，所述的合适的载荷放大系数和试验周期数应与待验证的试验件数量相一致；优先选择小于等于1.5的试验周期数所对应的载荷放大系数；应保证所选的载荷放大系数对载荷谱处理后，载荷谱中最大载荷不能超过极限载荷。