破損安全結構是結構元件在出現嚴重損傷時，其餘度結構能承受損傷件原來承受的載荷而不會發生災難性破壞的結構。它是從整體結構的觀點來考慮安全的，破損安全結構的特點是多路傳力或冗餘載荷路徑。
基本介紹
- 中文名：破損安全結構
- 外文名：fail safe structure
- 依據：疲勞壽命分散性
- 所屬領域：機械工程
- 用途：結構設計
- 特點：多路傳力或冗餘載荷路徑
簡介,修理要點,原理,
簡介
在使用中容許承力結構的某些部分產生疲勞裂紋，但要求通過定期槍查發現這些裂紋之前，結構仍能承受足夠裁荷的設計概念。也就是說，結構必須是允許損傷的，但要求損傷發展到危險尺寸前能被發現或者在整個指定的壽命期間它決不會達到危險尺寸，則結構是破損安全的。此類結構被稱為破損安全結構。20世紀70年代後由於斷裂力學的發展，對破損安全結構設計原則的一個更新的更確切的名稱是損傷容限設計原則。在結構設計中採用破損安全或損傷容限概念，可充分發揮結構的壽命潛力，以及考慮下意外損傷，從而確保飛機的安全可靠性。
疲勞損傷發生在受交變應力（或應變）作用的零件和構件，零件和構件在低於材料屈服極限的交變應力（或應變）的反覆作用下，經過一定的循環次數以後，在應力集中部位萌生裂紋，裂紋在一定條件下擴展，最終突然斷裂，這一失效過程稱為疲勞破壞。材料在疲勞破壞前所經歷的應力循環數稱為疲勞壽命。
當施加於結構的交變載荷經過一定的循環次數N以後，構件發生疲勞斷裂。循環次數N稱為疲勞壽命。對件用不同載荷進行多次反覆載入實驗，可測得在不同載荷下試件的疲勞壽命，得到應力與壽命的一系列關係，將這種應力—壽命關係的曲線描繪出來，就是構建的疲勞壽命曲線，通常稱之為S—N曲線。
修理要點
在對破損安全結構進行修理設計和評審時，主要應考慮以下幾點：
(1)單個結構元件損壞後，應證明鄰近元件具有足夠的靜強度；
(2)必須保持其他路徑結構的完整性，該類結構設計時，不考慮相鄰結構的損傷；
(3)必須保持結構的可檢性，或者採用可替代的方法，選擇適用的無損檢測技術；
(4)儘可能採用良好的細節設計，以減少修理部位或周圍區域由於應力升高可能出現的疲勞損傷；
(5)應重新評估修理區域的結構檢查間隔，以考慮由於修理可能造成的疲勞壽命的降低。
原理
如果在結構是按安全壽命原則或破損安全原則設計的，飛機結構中嚴重的疲勞破壞危險可以完全被消除或變得非常小。在前一種方法中，在知道嚴重損傷沒有出現之前，所設計的結構具有最短壽命。在壽命後期，儘管不會檢測到疲勞跡象，但也必須替換這一結構。當達到安全壽命時，如果構件不具有低成本的可替換性，則必須報廢整個結構。換句話說，對於那些很容易替換的部件，如起落架支柱以及安全壽命小於全尺寸飛機的結構，由於在飛機壽命期間，使用兩個輕型起落架系統比使用和輕型起落架有相同安全壽命的重型起落架更經濟。
破損安全法基於這樣一個事實，在靜不定結構中，一個構件斷裂不一定會引起殘餘結構破壞，假如剩下構件能夠分擔破壞構件原來承載的載荷，並且能抵抗重複載荷，直到發現破壞構件出現為止。這種結構被稱作破損安全結構或損傷容限結構。
通常將部分結構零件設計成破損安全的而不是長安全壽命的。這樣做會更經濟，因為這些部件比較輕。通過常規檢查或一些故障(如機翼裂紋的燃油泄漏)現象可以發現破損，發現破損的飛機就退出服役進行維修。然而結構的設計必須考慮檢測間隔，例如，在一次檢測中由於裂紋太小而沒有檢出，在下次檢測之前，裂紋一定不能擴展到發生破壞的尺寸。
一些部件必須設計成具有安全壽命的，這些部件包括起落架、主翼接頭、機翼翼身接頭和全動式水平尾翼上的鉸鏈或可變形翼鉸鏈。設計成破損安全的部件包括由桁條加強的機翼蒙皮和由框和長桁加強的機身蒙皮；桁條和框可以防止蒙皮裂紋在一段時間內快速蔓延，這樣的話，就可以在常規檢測中及時發現。
