飞机复合材料结构的概率设计方法.pdf

第44卷第5期南京航空航天大学学报Vol.44No.5

2012年10月JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsOct.2012

飞机复合材料结构的概率设计方法
陈普会肖闪闪
(南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,南京,210016)

摘要:当前在军用和民用飞机复合材料结构设计方法中,主要设计变量是按确定量来处理的而忽略了它们的随
机性,即确定性方法。实际上,飞机结构的安全性要受到很多因素的影响,其中一些主要影响因素具有明显的、不
可忽视的随机特性。因此,更先进的设计思想是发展能综合考虑各种主要因素的随机性的结构设计方法,即结构
概率分析与设计方法。概率设计方法已经逐渐成熟,并且开始用于复合材料结构设计。本文详细讨论了国外提出
的6种主流的概率设计方法,总结了它们的分析流程以及优缺点。本文最后指出了复合材料结构概率设计研究
中有待解决的问题,为进一步开展飞机复合材料结构的概率设计方法的研究提供了有益的建议。
关键词:概率设计方法;复合材料;损伤容限;符合性验证
中图分类号:V214.8文献标识码:A文章编号:1005-2615(2012)05-0683-11
ProbabilisticDesignMethodologyforCompositeAircraftStructure

ChenPuhui,XiaoShanshan
(KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefense-AdvancedDesignTechnologyofFlightVehicle,Nanjing
UniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing,210016,China)

Abstract:Incurrentdesignmethodologiesforcompositeaircraftstructures,designparametersare
consideredasdeterministicvariableswhiletheirrandomareignored.Infact,manyparametersaffect
aircraftstructuressafety,andsomeofthemhaveobviousrandomfeatureswhichcannotbeignored.
Thereforeaprobabilisticdesignmethodologymustbedevelopedwiththeconsiderationofmainrandom
variables.However,probabilisticdesignmethodologieshavebeengraduallydevelopedandusedfor
compositestructuredesign.Sixpopularprobabilisticdesignmethodologiesarediscussedindetailsand
theirbenefitsandpotentialproblemsaresummarized.Finally,theissuestobeadressedarerecognized
intheprobabilisticdesignofcompositestructures,whichprovidessomehelpfulsuggestionsforfurther
study.
Keywords:probabilisticdesignmethodology;composite;damagetolerance;compliance

现代飞机由于其结构的复杂性以及飞行环境计变量包括纤维和基体材料的性能、纤维的含量、
和载荷的随机性,出于安全和经济性的考虑,飞机铺层方向以及铺层厚度等,还包括结构尺寸、边界
结构需要具有耐久性、可靠性高、重量轻和成本低条件、飞行载荷情况以及飞行环境等。仅由传统的
这些要求[1]。复合材料的使用能够很好地满足这些安全系数来考虑结构性能的分散性,极易导致低效
要求,因此被广泛地应用于现代飞机结构设计中。的结构设计。因此,需要采用概率设计方法来更合
但是,复合材料在制造过程中的特点决定了复合材理地确定复合材料结构的可靠性,使结构的安全程
料结构的性能具有很大的分散性,导致了复合材料度定量化。
飞机结构设计变量具有较明显的不确定性。这些设本文对目前国际上6种主流的复合材料结构

基金项目:国家自然科学基金(10872091)资助项目。
修订日期:2012-08-27
通讯作者:陈普会,男,教授,博士生导师,E-mail:[e-mail].