壳体断裂力学统一计算理论与飞行器结构设计

作     者：庄茁 王恒 宁宇 王翔 柳占立 张志楠 ZHUANG Zhuo;WANG Heng;NING Yu;WANG Xiang;LIU Zhan-li;ZHANG Zhi-nan

作者机构：清华大学航天航空学院北京100084 北京航空工程技术研究中心北京100076 航空工业第一飞机设计研究院陕西西安710089 北京空间飞行器总体设计部北京100094 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2023年第40卷第2期

页      面：1-7页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(10272060) 

主　　题：壳体 断裂力学 计算理论 飞行器结构 扩展有限元 

摘      要：断裂力学理论和方法在飞行器结构设计中发挥着不可替代的作用。依据断裂准则划分为阻止或者驱动裂纹扩展。阻止裂纹扩展是避免飞行器结构发生灾难性事故的最后一道防线,如机翼、机身等重要结构的止裂安全性设计、广布疲劳损伤容限设计等;驱动裂纹扩展是实现飞行器结构快速分离的关键技术,如运载火箭级间和星箭分离、飞行员和航天员逃逸救生等。板壳是飞行器结构的主要形式,开展板壳断裂力学研究具有重要的科学意义和工程价值。该文提出了基于连续体的壳体断裂力学统一计算理论,发展了壳体扩展有限元方法。基于该理论和方法,阐述了大变形曲面壳体裂纹扩展与止裂的计算分析过程,展示了在国产大飞机机翼整体结构件设计、天和号核心舱结构研制和高级教练机穿盖弹射救生系统设计等飞行器工程中的成功应用。