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量實測的載荷歷程，經過統計分析和簡化得到疲勞載荷譜。雖然對個別飛機的某次
飛行，載荷歷程是隨機的，帶有不確定性。但同類型飛機的載荷歷程統計結果就顯示
出規律性，因此可以把疲勞載荷譜作為一種規范用于同類型飛機。疲勞載荷譜通常
用表格或曲線說明在給定時間間隔中各種載荷水平及其出現次數。
21應力譜
疲勞載荷譜可以轉成應力譜，因為在彈性范圍內，載荷與應力成比例關系，只要
乘上一個系數，即可由載荷得出應力；若不成比例，則要考慮塑性影響來獲得應力譜。
疲勞應力用 3表示。與疲勞載荷相似，疲勞應力也有五個參數： 3%&，3’(，3，3%和
)。
41 3 5曲線（疲勞壽命曲線）
3—5曲線（疲勞壽命曲線）由試驗得到，用來估算安全壽命。 3為循環應力的幅
值 3%，5為斷裂時的循環數。由圖可見，當 3下降到某一值時，循環數 5似乎無限增
加，此應力水平稱為疲勞極限。 3—5曲線是在一定的頻率、恒振幅和一定的載荷比
)下試驗，測出斷裂時的疲勞總循環數得出的。 )* /時的疲勞極限用符  /表示。
鋁合金等沒有明顯的疲勞極限，一般取 5 * /06所對應的 3%作為材料的疲勞極限。幾種常用材料的疲勞極限與靜強度極限大致有以下關系：普通鋼材 3 /（  /）（01 2" 7018）9，高強度鋁合金 3 / （012 7014）9，其他鋁合金 3 / （014 7018）9（光滑試件）。當材料、熱處理、表面處理、應力集中系數、加載方式不同時， 3—5曲線也不同。在初步設計時，可參考類似結構的 3—5曲線適當修正，得到設計所需用的
3—5曲線，或用插值法利用同類 3—5曲線。
"1疲勞壽命估算
由零部件的疲勞載荷譜和 35曲線，就可根據損傷理論估算疲勞壽命。計算時
•/20•
 
需考慮載荷譜周期（飛行小時）、設計疲勞分散系數、周期數等因素。
，提高結構疲勞強度的準則
結構的安全壽命與結構的設計有很大關系，即與選材、應力水平、結構布置、細節
設計、加工工藝等均有關。為此提出一些可提高結構疲勞強度的設計準則。
（"）合理選材：要合理地、有區別地選擇結構各部分的材料，既要滿足靜強度要
求，又應具有良好的抗疲勞性能。如某些高強度合金鋼雖然強度高，但疲勞性能卻不
好，缺口敏感程度高，對疲勞強度不利。又如高強度鋁鋅合金 %比鋁銅合金 &"’
靜強度高約 ’()左右，但 %的疲勞性能卻較差，對毛刺、細小裂紋很敏感，故對受
疲勞載荷大的區域如機翼下壁板、機身氣密艙蒙皮不用 %而用 &"’。
（’）控制應力水平：實踐證明，在較低的應力作用下，結構不易產生疲勞裂紋，為此應將應力水平控制在一定的范圍內。如旅客機氣密座艙的環向應力水平應控制在（* +"(）, "(-./的范圍比較合適。
（0）減少應力集中，降低局部應力：高局部應力是引起疲勞破壞的重要因素，為此應強調精心設計結構，減少應力集中，降低局部應力，這樣可顯著地提高疲勞壽命，甚至可上百倍的提高。具體作法有以下幾點。
避免構件形狀和截面的急劇變化，應盡可能逐漸過渡，或用較大的圓弧光滑連
接。
"結構盡量少開口，開小口，在受拉表面最好不開口。必須開口時，開口形狀盡
量選用應力集中系數小的形狀，如機身氣密艙的窗口選豎橢圓形為好。另外，開口盡
可能安排在低應力區。
在產生應力集中的地方（如鉚釘孔、螺栓孔、焊縫等）采用局部補強（如加厚）以減小局部應力。如圖 " 12 10中所示的連拉，改進設計局部補強（厚度由 ’3 (44加大到 03 244）后，壽命增加了 "3 0倍。工藝操作時應注意填塞工藝孔，以免形成孔內空隙，成為疲勞源。

圖 " 12 105某飛機主翼結構連接處更改
主要構件上應力集中的地方不要再連接次要零件，以免擴大局部應力。此外，施工時避免產生劃傷、毛刺、內部微裂紋和各種缺陷。（%）重要接頭的細節設計；飛機結構中連接件所占比重很大，而疲勞破壞又經常
•"0"•

 
發生在連接部位，所以連接件的抗疲勞設計是結構疲勞設計的重要環節。目前在這方面已積累了豐富的經驗，在此列舉幾點。
實踐證明，受拉螺栓是經常發生疲勞破壞的部位。因此，連接螺栓最好采用受剪形式，不要受拉。對受載大韻螺栓，可用拉、剪分工的設計方案，即在較細的螺栓上套一個較強的套筒，由套筒受剪而螺栓只受鎖緊力。
"接頭布置盡量避免偏心。對應的疲勞壽命見表  " "。從表中可知，雙剪接頭比單剪好，斜面接頭比梯形好，其中魚尾形接頭最好。此外，接頭的各個連接螺栓上的載荷分配是不均勻的，兩端最大，最易形成疲勞源，發生疲勞破壞，設計時要足夠重視。
表  " "%幾種連接形式的疲勞壽命比較
連接形式 疲勞壽命
載荷 & ’(( ) * ((+ 載荷 & ’(( ) *, ’((+
梯形單剪（-）  * (((
梯形雙剪（.）  / *& (((
斜面單剪（0）  ( (((  ’’ (((
魚尾形雙剪（1）  2 3 ((( (((  2 *, ((( 

接頭處的螺栓受剪連接時，若事先加一定的擰緊力，可保證在外載作用下連接件之間不發生相對滑動，避免壓緊表面擦傷加速疲勞破壞。 若連接件是鉚釘，可采用干涉配合，也可降低循環載荷的 45-6，提高接頭的疲勞強度。 %鉚釘連接盡量采用對接，避免搭接，以免引起偏心力矩。若再采用薄剛性墊片（如 & 7 (8’ 55的鈦合金墊片），可提高疲勞強度  9/倍。鉚釘排列應避免單排和交錯拌列，盡可能采用雙排或三排整齊排列形式。
（’）對結構進行剛度控制：在某些載荷條件下（如空氣動力波動載荷），增大結構剛度對疲勞強度有利。但有時在適當條件下，減小剛度能減小外載，從而可以提高疲勞特性。
（3）改善和控制零件的表面質量，提高零件表面抗疲勞特性：疲勞裂紋常常從表面產生，因而提高零件表面質量、光潔度和消除容易使表面產生疲勞裂紋的因素將大大提高其疲勞性能。如采用零件表面強化工藝：噴丸、碾壓、滾壓、表面硬化（如滲碳、滲氮、氰化和表面高頻淬火等）。此外，構件之間緊貼的表面間避免相互滑移以免擦傷也可提高表面疲勞性能。
　
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