1 姚卫星-风电叶片复合材料结构可靠性设计方法与实施途径.pdf

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1、1从航空技术视角看风电叶片复合材料结构可靠性设计方法与实施途径姚卫星南京航空航天大学第18届再生能源学术大会 20230402 南京2内容概要1航空结构可靠性要求2复材结构的可靠性设计3叶片复材结构可靠性要素4叶片结构可靠性管理5结束语31.可靠性要求 名词术语 定义可靠性：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。可靠度：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。(1)规定条件下的可比性 三个规定。三个规定。(2)时间质量指标 原始质量与不同时间的质量。原始质量与不同时间的质量。(3)统计、抽样特性 整批产品的可靠性是通过抽样统计得到的。评定指标：可靠度值和置信整批产品的可靠

2、性是通过抽样统计得到的。评定指标：可靠度值和置信度值。度值。41.可靠性要求 名词术语 容易混淆的术语可靠性 产品在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定功能的能力。以可靠度度量。安全性 建立一种环境，使人们在这种环境下生活与工作感受到的危害或危险是已知的、清楚的，并且是可控制在可接受的水平上。以安全度度量。风险性 风险性以风险值度量。它是事故发生概率和该事故的后果的乘积。51.可靠性要求 名词术语 可靠性设计现实与可能(1)物理性不确定性 与物理量直接相关的不确定性，与时间有关。(2)统计性不确定性 由于样本容量有限而产生的不确定性。(3)模型性不确定性 由建模时简化、假设、物理机制的不明等

3、原因造成的不确定性客观存在产品可靠性要求，分析、计算、试验等技术为可靠性设计提供了可能61.可靠性要求 指定性文件 飞行器结构设计基本要求在保证有足够的强度、刚度、寿命、可靠性等要求下，使结构重量尽可能轻。飞行器结构重量减轻1%可使飞行器总重量降低3%5%，油耗可减少3%4%飞行器结构设计信条1克重量贵于1克黄金，为减轻每一克重量而奋斗！71.可靠性要求 指定性文件 飞行器结构设计准则体系结构完整性设计准则刚度设计准则强度设计准则安全寿命设计准则损伤容限设计准则可靠性设计准则环境适应性设计准则耐久性设计准则81.可靠性要求 指定性文件 军用飞机强度规范的演变(GJB 775A-2012)1 崔

4、德刚等崔德刚等.飞机结构疲劳与结构完整性发展飞机结构疲劳与结构完整性发展综述综述.doi:10.7527/S1000-6893.2020.2439491.可靠性要求 指定性文件 军用飞机强度设计与验证的规范架构(611所)2 张立新等张立新等.先进战斗机强度设计技术发展先进战斗机强度设计技术发展与实践与实践.航空学报，航空学报，2020,41(6):52348010内容概要1航空结构可靠性要求2复材结构的可靠性设计3叶片复材结构可靠性要素4叶片结构可靠性管理5结束语112.FRP结构可靠性设计 结构完整性 结构强度的基本要义是要解决载结构强度的基本要义是要解决载荷、环境、时间三个要素下结构荷、

5、环境、时间三个要素下结构的完整性评估问题的完整性评估问题 强度、刚度和寿命是结构设计的强度、刚度和寿命是结构设计的根本要求根本要求 理论、数值、试验是性能评估的理论、数值、试验是性能评估的基本方法基本方法 环境因素作为影响材料性能的一环境因素作为影响材料性能的一个参量处理个参量处理 强度 刚度 寿命 理论分析理论分析 数值仿真数值仿真 试验研究试验研究结构完整性 材料性能 应力腐蚀 蠕变松弛环境 腐蚀疲劳 老化 流变时间 准静态 循环载荷 振动冲击力122.FRP结构可靠性设计 可靠性要求飞行器结构的可靠性指标目前还没有明确的指标，下面是一些曾经用过的指标类别情况设计考虑指标1有人飞行器危及飞

6、行安全的关键结构A基准值多路传力结构0.962有人飞行器，不直接影响飞行安全无人飞行器重要结构B基准值有人机多路传力结构无人机单路传力结构0.943其他结构B基准值无人机的安全系数(不确定性系数)可取1.21.30.92132.FRP结构可靠性设计 可靠性要求结构可靠性分析十分繁琐，工作量巨大，目前的做法：将可靠性指标转为安全系数（不确定性系数）传统安全系数 f：可靠性安全系数载荷分布强度分布安全系数f 与R和S分布的关系其中可靠性指标为142.FRP结构可靠性设计 不确定性来源任何一个复合材料结构在其服役过程中均存在各种不确定性：任何一个复合材料结构在其服役过程中均存在各种不确定性：载荷环境