下载后可任意编辑飞机结构的三维损伤容限耐久性预测设计与虚拟试验技术郭万林 赵军华(南京航空航天大学纳米科学讨论所 南京 210016)摘要 现代 CAE 技术的进展极大地提高了飞机等大型和/或复杂结构设计的效率和技术水平。针对大型复杂工况下飞机结构安全保障的迫切要求，开发一套飞机结构三维损伤容限耐久性可视化虚拟试验系统及支撑数据库；对飞机结构进行高可靠度的三维损伤容限耐久性虚拟试验，显著提高飞机结构的数字化虚拟试验能力，显著拓展全机实验效用, 缩短型号研制周期；进展具有自主知识产权的三维损伤容限与耐久性关键技术，解决从材料性能到三维复杂结构性能跨越、从微纳表面制造质量和材料缺陷到局部三维裂纹、直到全机强度的多尺度跨越等虚拟试验的瓶颈，解决复杂载荷传递、复杂工况和载荷历史、腐蚀疲劳、制造质量影响预测等已成为进展先进的 CAE 技术以满足现代结构设计所必须面临的关键科学和技术问题。本文系统地介绍我们在上述讨论方向的最新进展及其在现代飞行器中的应用和实践效果。 关键词 损伤容限；耐久性；三维疲劳断裂理论；虚拟试验 一 概述航空工业作为技术密集、知识密集的高技术产业，集材料、机械、发动机、空气动力、电子、超密集加工、特种工艺等各种前沿技术之大成。以 CAE/CAD/CAM 为核心的虚拟化仿真设计制造技术是现代航空数字化产品研制以及航空工业信息化的基石，也是高技术竞争的具体体现 [1]。其中，CAE 对航空产品的技术贡献尤其关键，国外已有许多成熟的 CAE 软件可对各种产品进行设计和多种性能的虚拟仿真，如结构力学分析(FEA)、流体力学分析(FEA)、计算流体力学分析(CFD)和计算电磁学分析(CEM)等在航空产品设计中获得了广泛的应用[1, 2]。因此，现代 CAE 技术的进展极大地提高了飞机结构设计的效率和技术水平。目前，国际航空技术发达国家早已实施损伤容限耐久性法律规范，并成为国际适航性条例要求。然而，在飞机结构的三维损伤容限耐久性预测设计方面，现代的 CAE 技术具有很大的局限性[3]。这主要是由于：1) 目前的结构损伤容限分析和寿命预测的 CAE 技术仍然基于几十年前进展起来的二维断裂理论和经验方法的框架。2) 由于讨论队伍严重萎缩，国际上的实质性进展非常缓慢，三维损伤容限耐久性技术的进展停滞不前。3) 结构中三维裂纹从萌生到扩展的自动演化过程还无法很好的实现。与此同时，现代飞机大量使用三维整体结构，已有技术与需求的矛盾更加突出。 这一现状...
