位，彈性力從最大到零，故向上加速度也由最大到零。在這一段運動中，由于加速度向上，故作用在重心上的慣性力 "向下，因此相對于剛心產生了抬頭力矩。此慣性力矩使剖面產生增加迎角的扭轉變形，由于迎角增加引起附加氣動力  %此 對剛心形成的氣動力矩，使翼剖面進一步抬頭。到位置 &時，由于不斷加速的緣故，其向上速度達到最大。從位置 &再向上移動時，彈性力方向改為向下，加速度方向也向下，向上的速度逐漸減少；至位置 ’時，向上速度為零。在從 &位到 ’位時，慣性力向上，慣性力矩使翼剖面低頭，附加的向上氣動力則逐漸減少；在 ’位時，翼剖面又無扭轉變形，此時速度為零，但向下彈性力最大，向下運動狀況見圖 & (’ ()（ *）。圖 & (’ ()（ +）則將飛行距離結合進來，看起來就更形象化。顫振的臨界狀態，即機翼的彎曲（或扭轉）變形既不振動發散，也不振動衰減，而是保持為常振幅振動，此時飛行速度為顫振臨界速度。阻尼力和阻尼力矩恒與運動方向相反，是阻抗振動的。由慣性力矩導致的扭轉變形所引起的附加氣動力是激振力，它與速度的二次方成正比；而氣動阻尼力一般與速度的一次方成正比，故存在著顫振臨界速度。
提高機翼（或全動尾翼）彎扭顫振臨界速度的有效措施是盡量使重心前移，可加適當的配重。配重宜放前端或翼尖，且必須有很好的連接剛度。將配重放于翼尖處，是由于翼尖處彎曲撓度最大，因此其加速度最大，故配重的效率高。提高扭轉剛度能減少不利的扭轉變形，也是有好處的。現代飛機上則經常采用人工阻尼器；更為先進的，則采用顫振主動控制技術。
（&）副翼彎曲顫振。此處在分析副翼彎曲顫振時，只考慮副翼繞轉軸偏轉的自由度，而略去副翼本身的結構變形；機翼只考慮彎曲變形而略去扭轉變形。此時對副翼剖面來講，涉及兩個特征點的位置，一為副翼的轉軸位置，一為副翼剖面的重心位置。圖示情況為重心位于轉軸后，因此副翼慣性力 使副翼偏轉引起的附加氣動力 是激振力。
提高副翼彎曲顫振臨界速度的措施是使副翼結構本身的重心盡量前移，并加以適當的配重。
以上只討論了兩種兩個自由度的顫振，這雖是簡化的情況，但也確是機翼的主要情況。對于全動尾翼、安定面和舵面，還必須考慮機身自由度；機身有兩個方向的彎曲變形及一個扭轉變形的自由度。
必須指出，對顫振的控制隨著自動控制技術的發展有了新的進展。&,世紀 -,年代出現的一種新設計技術—
—隨控布局技術，它充分發揮了自動控制的作用和潛力，在設計之初的總體設計中，就按四個要素：空氣動力、結構、推進系統、自動控制進行協調和綜合設計。其中包括顫振的主動抑制，這也是隨控布局飛機設計中難度最大的一個問題，所謂顫振主動抑制是指飛機能主動地檢測出飛機的顫振模態，然后通過自控系統使所檢測到的顫振得到衰減和穩定。相信以后還會對此技術進行不斷地發
•&,&•
 

展和完善。
第三節 安全壽命設計法
一、疲勞破壞的形成機理與特征
"疲勞破壞的一般特征
結構構件在循環或交變載荷作用下，即使載荷的應力水平低于材料的極限強度，經過若干次載荷循環后，也會發生斷裂，此即疲勞破壞現象。究其原因可以發現，隨著循環載荷的作用，構件局部形成了微裂紋源（裂紋萌生），并逐漸增長直到發生失穩斷裂。疲勞破壞與傳統的靜力破壞有著本質的區別，其典型的一般特征表現為以下幾個方面。
（"）疲勞破壞不像靜力破壞那樣在一次最大載荷作用下發生斷裂，而一般要經歷一定的甚至是很長的時間。破壞過程實際是裂紋形成、擴展以致最后斷裂的過程。
（）構件中的循環或交變應力在遠小于材料的靜強度極限情況下，破壞仍可能發生。
（%）不管是脆性材料還是塑性材料，疲勞破壞在宏觀上均表現為無明顯塑性變形的突然斷裂，故疲勞斷裂表現為低應力脆性斷裂，這一特征使疲勞破壞具有更大的危險性（不易覺察）。
（&）靜力破壞的抗力，主要取決于材料自身的強度；疲勞破壞則對于材料特性、構件的形狀尺寸、表面狀態、使用條件及外界環境等都十分敏感。
（’）疲勞破壞常具有局部性，而并不牽涉到整個結構的所有構件，因而改變局部細節設計或工藝措施，即可明顯地增加疲勞壽命。如在發現裂紋后，更換損傷構件或制止裂紋擴展，結構還可繼續使用。
（(）疲勞破壞是一個損傷的長期積累過程，其斷口在宏觀上和微觀上均有其特征，與靜強度破壞斷口明顯不同（見后續說明）。
疲勞斷裂機理
借助于電子顯微鏡，人們獲得了許多關于裂紋形成與擴展的微觀過程認識，并對疲勞破壞機理提出了諸多的解釋和簡化模型。這是一個復雜的材料科學研究領域，涉及錯綜復雜的微觀組織結構、微觀缺陷與外加應力場的交互作用。特別是新型結構材料的研制與發展，為疲勞破壞的機理研究提出了更加深入、廣泛的課題。下面僅簡單介紹其中比較公認又較為直觀的一種模型。
（"）裂紋成核階段（裂紋萌生）。裂紋成核是指疲勞裂紋的起始。通常裂紋起始于構件表面或有夾雜的缺陷處、機械缺口等應力集中部位。 •)%•
第二篇 ,現代飛機結構綜合設計
 
先討論沒有應力集中源的情況：在疲勞載荷作用下，在材料的表面上，金屬晶粒
沿最有利于滑移方向反復滑移，從而產生微觀裂紋。材料的表面處于平面應力狀態，
與主應力成 "角的方位上存在著最大剪應力。當構件被加載時，由于最大剪應力作
用，在材料局部比較薄弱的地方產生了滑移，形成了新的自由表面。載荷反向后，應
該沿反方向滑移，但由于前一次滑移的塑性變形產生了應變硬化，而且新產生的自由
表面也被氧化，因此反方向的滑移不可能沿著原平面進行，而改在平行該面的另一個
方向滑移，這樣就造成了材料表面的擠出和凹入，同時在擠出凹入處又產生應力集
中。在疲勞載荷作用下，多次的凹人、擠出就形成了滑移帶，滑移帶的逐漸加寬就使
凹人地區變成了微裂紋，造成更大的應力集中點，裂紋就這樣萌生了。
若材料中存在各種缺陷— ——如氣孔、夾雜、加工刀痕等，因它們本來就是應力集
　
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