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第1章 概述1

1.1 概念1

1.1.1 航空结构强度1

1.1.2 结构强度技术3

1.2 结构强度在航空器研制中的地位和作用15

1.2.1 航空器研制中结构强度的地位15

1.2.2 结构完整性大纲对结构强度任务的总要求18

1.2.3 强度规范对结构强度的具体要求22

1.2.4 适航性对结构强度的总要求25

1.3 结构强度技术发展现状32

1.3.1 飞机结构强度设计思想的发展32

1.3.2 结构强度技术体系34

1.3.3 结构强度技术现况概要41

1.3.4 结构强度技术的研究、试验能力现状——设备和设施43

1.4 结构强度技术发展趋势44

1.4.1 新材料、新工艺结构静强度、耐久性／损伤容限分析与试验验证技术研究45

1.4.2 结构试验验证无损检测和健康监测与使用维护的相关性技术研究45

1.4.3 结构动强度设计技术研究45

1.4.4 高超声速飞行器结构完整性研究46

1.4.5 特殊结构航空噪声控制和振动／声耐久性研究46

1.4.6 全尺寸飞机结构及相关系统气候适应性与可靠性分析与试验技术46

1.4.7 全尺寸飞机结构试验验证技术深化研究46

1.4.8 计算结构技术深化研究47

1.4.9 结构完整性标准、规范和适航符合性深化研究47

第2章 静强度设计与验证48

2.1 静强度设计与验证的内容和要求49

2.1.1 设计载荷的确定和要求49

2.1.2 材料性能和设计许用值的确定和要求52

2.1.3 结构应力分析的内容和要求53

2.1.4 结构强度和刚度校核的内容和要求54

2.1.5 试验验证的内容和要求55

2.2 结构应力分析的原理和方法56

2.2.1 结构应力的有限元分析的原理和方法56

2.2.2 结构应力的工程分析原理和方法62

2.3 结构强度和刚度校核的原理和方法63

2.3.1 薄壁板壳结构的稳定性分析与强度校核65

2.3.2 蜂窝夹层结构的设计分析与强度校核76

2.3.3 结构连接件的强度分析与校核77

2.3.4 开口结构的设计分析与强度校核81

2.4 结构强度试验验证的原理和方法85

2.5 复合材料结构静强度设计、分析与验证中的特殊问题简介94

2.5.1 复合材料结构的特点94

2.5.2 复合材料结构静强度设计、分析与验证中的特殊问题95

2.6 结构静强度设计分析与验证的发展趋势102

第3章 动强度设计与验证105

3.1 飞机动强度设计与验证要求107

3.1.1 飞机强度规范和标准简介107

3.1.2 动强度设计与验证要求概述108

3.1.3 动强度设计与验证要求有关说明109

3.2 飞机动载荷分析与动力环境预计111

3.2.1 飞机动载荷分析111

3.2.2 涉及发动机陀螺效应的飞机动载荷113

3.2.3 飞机振动环境预计114

3.2.4 飞机抖振机理与抖振边界确定115

3.3 结构动力学设计与振动控制设计117

3.3.1 结构动力学设计117

3.3.2 振动控制设计118

3.3.3 抖振预防和抖振抑制120

3.3.4 发动机隔振安装设计121

3.4 结构随机振动疲劳寿命分析121

3.4.1 随机振动过程及其统计特性简介121

3.4.2 随机振动疲劳分析方法123

3.5 飞机动力学特性地面试验126

3.5.1 全尺寸飞机地面振动试验126

3.5.2 飞机气动伺服弹性地面试验129

3.5.3 高超声速飞行器结构热模态试验131

3.6 飞机动力环境试验132

3.6.1 动力环境试验的分类132

3.6.2 动力环境试验的一般工作程序134

3.6.3 结构振动环境与多点静载荷的复合加载试验136

3.6.4 油箱晃振试验137

3.6.5 炮振试验137

3.6.6 大迎角机动飞行飞机的后机身动态疲劳试验139

3.7 起落架动力学分析与验证141

3.7.1 起落架缓冲性能分析和落震试验141

3.7.2 起落架摆振稳定性设计和验证144

3.7.3 起落架地面滑跑模拟试验146

3.7.4 多支柱起落架等效落震试验147

3.7.5 舰载飞机全机落震试验149

3.8 抗离散源撞击设计与验证151

3.8.1 离散源撞击概述151

3.8.2 抗鸟撞设计与验证152

3.8.3 抗冰雹设计与验证155

3.8.4 发动机碎片156

3.8.5 轮胎碎片和跑道碎石157

3.8.6 战伤评估和战伤模拟试验158

3.9 飞机结构适坠性设计、评估与验证技术160

3.9.1 飞机结构的适坠性要求160

3.9.2 应急着陆适坠性设计、验证与评估160

3.9.3 水上迫降适坠性分析与试验验证168

3.10 气动弹性稳定性171

3.10.1 气动弹性力学171

3.10.2 颤振172

3.10.3 破损—安全气动弹性稳定性173

3.10.4 涉及翼吊发动机陀螺效应的飞机颤振分析173

3.10.5 高超声速飞行器热颤振174

3.10.6 地面模拟热颤振试验174

第4章 耐久性／损伤容限设计与验证176

4.1 疲劳／断裂现象与耐久性／损伤容限176

4.1.1 疲劳／断裂现象177

4.1.2 结构耐久性与损伤容限设计思想180

4.1.3 耐久性／损伤容限设计原则和要求180

4.1.4 耐久性／损伤容限设计与验证范围181

4.1.5 相应的规章和规范182

4.2 耐久性／损伤容限设计控制183

4.2.1 设计使用（服役）目标183

4.2.2 结构设计控制183

4.3 耐久性／损伤容限分析评估192

4.3.1 耐久性／损伤容限分析评估的目的192

4.3.2 分析评估流程194

4.3.3 设计载荷／环境谱—设计应力／环境谱195

4.3.4 可靠性要求196

4.3.5 耐久性分析198

4.3.6 损伤容限分析评估203

4.4 预发展阶段的耐久性／损伤容限试验211

4.4.1 预发展阶段耐久性／损伤容限试验目的211

4.4.2 元件试验212

4.4.3 零组件试验213

4.4.4 构件级试验及其支持刚度模拟215

4.4.5 考虑动载荷的耐久性／损伤容限评估方法220

4.5 全机结构耐久性／损伤容限验证试验222

4.6 复合材料结构耐久性／损伤容限评定中的一些特殊问题223

4.6.1 复合材料结构特点简介223

4.6.2 复合材料结构的初始缺陷尺寸224

4.6.3 复合材料结构的剩余强度和损伤扩展要求224

4.6.4 复合材料结构耐久性／损伤容限试验224

4.6.5 复合材料／金属混合结构的损伤容限试验技术225

4.7 和耐久性／损伤容限相关的持续适航226

4.7.1 概述226

4.7.2 持续适航管理要求227

4.7.3 单机疲劳寿命监控228

4.8 耐久性／损伤容限设计和验证技术展望229

第5章 受热结构强度设计与验证232

5.1 热源、热应力和热强度验证233

5.1.1 飞行器结构的热源233

5.1.2 气动加热233

5.1.3 热冲击233

5.1.4 温度场和温度梯度234

5.1.5 热应力234

5.1.6 热对结构强度的影响235

5.1.7 受热结构强度设计与试验验证的特点235

5.1.8 受热结构强度设计与试验验证的作用236

5.2 传热学的基本原理和气动加热计算237

5.2.1 传热学的基本原理和方法237

5.2.2 气动加热计算的原理和方法238

5.3 受热结构强度设计240

5.3.1 受热结构强度设计准则240

5.3.2 结构中热应力计算242

5.3.3 热气动弹性力学243

5.3.4 蠕变设计246

5.3.5 受热结构疲劳强度248

5.3.6 热防护系统强度设计250

5.4 受热结构试验验证254

5.4.1 受热结构试验模拟机理254

5.4.2 受热结构试验分类254

5.4.3 典型的受热结构试验257

5.5 受热结构强度设计与试验验证发展趋势263

5.5.1 国外超声速飞行器结构强度与试验验证发展情况263

5.5.2 气动加热／振动／噪声载荷预计和结构响应一体化分析技术264

5.5.3 耐高温新材料和新结构的强度设计与验证264

5.5.4 超声速和高超声速飞行器强度设计准则和结构完整性研究265

5.5.5 高温／振动／噪声等多环境综合试验验证技术研究265

5.5.6 大温度梯度和快速降温试验技术265

第6章 航空噪声与声疲劳强度267

6.1 航空噪声与声疲劳问题267

6.1.1 航空噪声问题267

6.1.2 飞机结构抗声疲劳设计要求270

6.1.3 机载设备或武器装备噪声环境试验要求271

6.1.4 飞机适航噪声限制271

6.1.5 飞机舱内噪声控制要求272

6.2 飞机噪声源分析272

6.2.1 主要噪声源272

6.2.2 发动机动力装置噪声273

6.2.3 机体噪声278

6.2.4 空腔噪声280

6.3 声疲劳研究的范围与内容281

6.3.1 声振载荷环境281

6.3.2 飞机结构抗声疲劳设计、分析与试验方法282

6.3.3 结构声疲劳基本假定283

6.4 飞机结构抗声疲劳设计与验证285

6.4.1 飞机结构抗声疲劳设计与验证流程285

6.4.2 飞机结构抗声疲劳设计与验证方法286

6.5 飞机噪声控制296

6.5.1 飞机噪声控制概念296

6.5.2 动力装置噪声控制298

6.5.3 舱内噪声控制301

6.5.4 空腔噪声抑制311

6.6 航空声学实验室311

6.6.1 实验室概述311

6.6.2 低声强实验室312

6.6.3 高声强实验室314

6.6.4 气动声学实验室315

6.6.5 机身舱段声学试验平台315

6.6.6 航空材料及声学校准实验室315

6.7 航空声学试验与测试316

6.7.1 航空声学试验与测试概述316

6.7.2 隔声试验317

6.7.3 吸声试验318

6.7.4 机身舱段声学试验320

6.7.5 舱内噪声测试321

6.8 飞机适航噪声验证试验324

6.8.1 适航噪声验证试验的必要性324

6.8.2 飞机适航噪声试验依据324

6.8.3 适航噪声审定测量条件要求324

6.8.4 飞行航迹要求及测点位置325

6.9 航空噪声与声疲劳强度研究发展趋势327

第7章 飞机结构腐蚀／老化试验验证329

7.1 结构腐蚀／老化控制329

7.1.1 结构腐蚀／老化329

7.1.2 腐蚀条件对飞机结构寿命的影响329

7.1.3 结构腐蚀／老化控制的总体要求330

7.1.4 结构腐蚀／老化加速试验330

7.1.5 确定加速腐蚀／老化当量加速关系330

7.1.6 结构腐蚀／老化控制的技术途径331

7.1.7 结构腐蚀／老化试验331

7.2 环境谱331

7.2.1 影响腐蚀／老化的主要环境因素和特点331

7.2.2 环境谱及编制原则332

7.2.3 几种环境谱332

7.2.4 载荷／环境谱335

7.2.5 飞机机体结构日历年限评定的载荷／环境谱编制方法335

7.3 自然条件下大气暴露腐蚀／老化试验336

7.3.1 自然暴露试验及其作用336

7.3.2 自然暴露试验场的选择336

7.3.3 暴露试验架的安装336

7.4 加速腐蚀／老化试验338

7.4.1 飞机透明构件的实验室加速老化试验338

7.4.2 飞机防护涂层实验室加速试验342

7.4.3 腐蚀及腐蚀疲劳试验345

7.4.4 加速腐蚀（老化）试验设备与装置351

7.5 飞机结构腐蚀／老化试验验证的发展趋势354

7.5.1 国内外飞机结构腐蚀／老化试验验证发展现状354

7.5.2 国内飞机结构腐蚀／老化验证研究趋势355

第8章 全尺寸飞机结构验证试验357

8.1 全尺寸飞机结构强度试验的意义、依据和资质357

8.1.1 全尺寸飞机结构强度试验的意义357

8.1.2 全尺寸飞机结构强度试验依据的规范和规章359

8.1.3 全尺寸飞机结构强度试验单位的资质和责任360

8.2 全尺寸结构强度试验通用技术及设施360

8.2.1 试验计划与飞行试验、批量生产及服役使用的关系360

8.2.2 试验技术文件与试验设计361

8.2.3 试验件363

8.2.4 试验件支持和飞机平衡363

8.2.5 载荷的施加方法366

8.2.6 试验扣重方法368

8.2.7 试验重大风险分析和规避368

8.2.8 试验主要设备369

8.2.9 试验基础设施373

8.2.10 无损检测373

8.2.11 试验质量计划374

8.3 全尺寸结构静强度和刚度试验375

8.3.1 全尺寸飞机结构静强度试验的目的375

8.3.2 静强度试验项目375

8.3.3 全尺寸飞机结构静强度试验的支持／约束方法376

8.3.4 静强度试验的顺序和程序376

8.3.5 对试件的检查、分析和修理378

8.3.6 刚度试验378

8.3.7 静强度试验报告378

8.4 全尺寸结构耐久性和损伤容限试验378

8.4.1 试验件379

8.4.2 全机疲劳试验件悬空支持／约束379

8.4.3 用同一架飞机进行全尺寸结构耐久性和损伤容限试验381

8.4.4 试验载荷谱381

8.4.5 结构初始缺陷与裂纹容限385

8.4.6 结构剩余强度试验385

8.4.7 关于疲劳试验寿命分散系数386

8.4.8 依据试验寿命分散系数处理试验中出现的损伤387

8.4.9 广布疲劳损伤388

8.4.10 对试验件的检查388

8.4.11 试验件的修理389

8.4.12 疲劳和损伤容限试验报告390

8.5 可动机构的可靠性试验390

8.5.1 机构可靠性试验特点391

8.5.2 机构可靠性试验应注意的问题391

第9章 计算结构技术——结构分析与优化设计393

9.1 计算结构技术概述393

9.1.1 计算结构技术的作用393

9.1.2 计算结构技术的研究目标396

9.1.3 CST软件的发展历程396

9.2 结构分析398

9.2.1 结构分析方法398

9.2.2 有限元结构分析399

9.2.3 有限元结构分析的建模技术402

9.2.4 结构分析的进展405

9.3 结构优化设计419

9.3.1 结构优化设计概述419

9.3.2 结构优化设计的技术基础423

9.3.3 结构优化设计的方法426

9.3.4 结构优化设计的应用435

9.3.5 结构优化设计的发展趋势440

9.4 CAE软件451

9.4.1 国外CAE软件的发展451

9.4.2 CST在我国航空工业中的发展452

9.4.3 MSC/NASTRAN和COMPASS458

9.5 CST的发展趋势463

9.5.1 未来工程系统的特征463

9.5.2 新兴的计算模式和环境463

9.5.3 虚拟产品开发系统和信息技术464

9.5.4 重点发展项目464

9.5.5 相关任务466

参考文献468