為何飛機(jī)金屬部件的疲勞開裂解決不了

作者|孫一凡 仿真秀優(yōu)秀講師

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導(dǎo)讀：曾幾何時(shí)，美國空軍一架F15戰(zhàn)斗機(jī)在模擬空戰(zhàn)時(shí)突然斷裂分成兩節(jié)，飛行員緊急彈射跳傘。如此驚魂事故發(fā)生后，美軍大面積停飛F15戰(zhàn)斗機(jī)，事故調(diào)查結(jié)果顯示，該事故起因是戰(zhàn)機(jī)上的一根金屬縱梁發(fā)生疲勞損傷，進(jìn)而發(fā)生脆性斷裂造成的。

吃瓜群眾不禁要問，難道是美國戰(zhàn)機(jī)去其他國家騷擾太頻繁，太累自殺了？

調(diào)侃歸調(diào)侃，相信機(jī)械相關(guān)專業(yè)的小伙伴們對(duì)金屬部件的疲勞損傷都不陌生，簡(jiǎn)單來說，就是反復(fù)變化的載荷在遠(yuǎn)小于金屬斷裂損傷載荷的情況下，也會(huì)使金屬機(jī)械性能逐漸變?nèi)醪⒆罱K發(fā)生損傷斷裂。

標(biāo)準(zhǔn)定義是這樣的：金屬疲勞是指材料、零構(gòu)件在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。

一、機(jī)械事故與金屬疲勞

實(shí)際上機(jī)械事故的發(fā)生，大多數(shù)都和金屬疲勞有關(guān)，設(shè)計(jì)精密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘w機(jī)也不例外。1967年美軍剛剛出廠服役的F111戰(zhàn)機(jī)40天內(nèi)連續(xù)三架失事，最后一架居然在低空飛行時(shí)左翼直接掉落，調(diào)查發(fā)現(xiàn)事故原因是制造過程中的疲勞初始裂紋造成的。

02年臺(tái)灣飛香港的“華航”CI611航班波音747客機(jī)墜毀海面造成機(jī)上225人死亡，事故調(diào)查原因也指向艙體金屬部件的疲勞開裂。

二、疲勞計(jì)算現(xiàn)狀

航空領(lǐng)域的事故由于影響重大而備受關(guān)注，機(jī)車、汽車及機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域因?yàn)椴考趽p傷造成的意外事故更是數(shù)不勝數(shù)。作為全球技術(shù)頂尖的飛機(jī)設(shè)計(jì)制造公司，能不重視部件疲勞損傷問題嗎？

當(dāng)然不會(huì)，事實(shí)上不但重視，而且是非常重視。但是疲勞損傷是相當(dāng)詭異的一件事，金屬部件做一百次疲勞試驗(yàn)，能出來99個(gè)結(jié)果，更別說結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的復(fù)合材料，載荷工況復(fù)雜的航空部件了。因?yàn)槠趽p傷呈現(xiàn)的復(fù)雜性，所以現(xiàn)在的疲勞理論更多是基于試驗(yàn)、測(cè)試及經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)展而來。

隨著疲勞強(qiáng)度理論的發(fā)展，一般機(jī)械部件的疲勞損傷計(jì)算誤差基本能控制在合理范圍內(nèi)，航天航空部件因?yàn)閷?duì)重量的極度苛刻和空氣動(dòng)力載荷的復(fù)雜影響，依然處于試驗(yàn)為主計(jì)算輔助的階段。

部件疲勞計(jì)算，國內(nèi)小公司一般是不涉及的（當(dāng)然，強(qiáng)度計(jì)算也做的不多），大中型公司產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程，都是要提前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度和疲勞計(jì)算，達(dá)到滿足質(zhì)量要求和節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本的目的。產(chǎn)品涉及歐美的企業(yè)公司，都很重視設(shè)計(jì)仿真計(jì)算，畢竟歐美產(chǎn)品規(guī)范明明白白的寫在那呢，不符合規(guī)范的產(chǎn)品一旦出事廠家會(huì)被罰的傾家蕩產(chǎn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范一定程度上也起到了企業(yè)護(hù)身符的作用。

像我熟悉的風(fēng)電行業(yè)，能向歐美大量出口風(fēng)機(jī)整機(jī)企業(yè)目前還真沒有，更多的是向南美洲、非洲、中東等地區(qū)出口整機(jī)產(chǎn)品。既然是出口，當(dāng)然要符合國際通行的歐美風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該做的計(jì)算一個(gè)也不能少。風(fēng)電整機(jī)行業(yè)，目前疲勞計(jì)算基本使用nCode軟件做計(jì)算，使用Fesafe的也有但是少一些，其他疲勞計(jì)算軟件很少有使用的，倒不是說其他軟件計(jì)算不準(zhǔn)或者不好用，主要是為了和大家保持一致，這樣交流技術(shù)問題就能達(dá)到軟件操作設(shè)置的級(jí)別，一句話就能明白對(duì)方的意思。

原文標(biāo)題：美空軍F15戰(zhàn)斗機(jī)飛行中突然斷頭，nCode金屬疲勞分析難學(xué)嗎？

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