文档介绍：2002 年 2 月北京航空航天大学学报 February
2002

第28 卷第1 期 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics Vol. 28
No
1
裂纹扩展寿命安全可靠性分析模型研究
罗
毅
黄培彦刘文
( 华南理工大学交通学院)
( 北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系)

摘
要: 通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素, 就目前较为常用的
裂纹扩展寿命安全可靠性分析模型进行比较. 在此基础上, 本文提出了一种新的模型

裂纹扩展寿命~ 断裂韧度可靠性分析模型, 该模型基于目前比较公认的裂纹扩
展寿命分布和断裂韧度分布特性, 为工程界进行含裂纹结构的概率损伤容限评估提
供一定的理论依据.
关
键
词: 疲劳寿命; 裂纹扩展; 可靠性; 断裂韧度
中图分类号: O 346. 2
文献标识码: A
文章编号: 1001
5965( 2002) 01
0113
03

损伤容限分析的主要目的是判断结构是否具据不同, 以及数据本身的代表性和处理方法上也
有足够的剩余强度和裂纹扩展寿命, 而其可靠性存在一定的差异, 因此对同一裂纹母体所得到的
评估则是采用概率损伤容限分析方法评定结构的计算结果也不尽相同. 因而就需要根据不同的裂
剩余强度和裂纹扩展寿命是否满足指定的可靠性纹结构母体的实际情况和所能得到的试验数据选
要求[ 1] . 择不同的模型来进行安全可靠性分析.
对带裂纹结构的剩余强度要求, 目前比较公
认的判断是看结构在一定的载荷作用下, 在经过 1
裂纹结构安全可靠性模型分析比较
一定的使用寿命后, 其裂纹尖端的应力强度因子
1. 1
剩余强度安全可靠性模型
K 是否小于其断裂韧度 K c, 即 K
K c . 在建立基
在载荷 S 作用下, 经过一定的使用寿命后, 结构
于上述判断依据的可靠性分析模型时, 要考虑 K
元件的初始损伤或裂纹 a0 扩展到裂纹尺寸 a, 对应
和K c 的随机特性, 并进而考虑诸多影响因素的随
的裂纹尖端的应力强度因子 K 是否小于其断裂韧
机特性, 包括载荷( 应力) 、裂纹形态、裂纹扩展过
度 K c, 即作为结构是否安全的断裂判据. 从概率的
程、初始裂纹尺寸和临界裂纹尺寸等的随机性. 由
角度出发, 考虑各随机因素的影响, 则可建立可靠性
于影响因素众多, 而且某些因素的随机规律尚无
分析模型. 最常用的模型即 K ~ K c 可靠性干涉模
定论, 因此工程上通常采用一些简化方式以建立
型, 如果 t 时刻裂纹尖端的应力强度因子的概率密
实用的可靠性分析模型[ 2] , [ 3] .
度函数为 f K (K ) , 对应的概率分布函数为 FK ( K ) , 断
另一类含裂纹结构可靠性分析模型[4] , [ 5] 是
裂韧度的概率密度函数为 f K (K c ), 则结构的失效概
基于要求满足带裂纹结构的临界裂纹扩展寿命 c
* * 率为
N c 要大于结构的设计使用寿命 N , 即 N c
N .

对任何一类裂纹母体而