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飞机机翼的时变可靠性分析

摘要

飞机作为人们升向高空的载体，实现了人们从古至今想要飞向天空的梦想，

而机翼就是飞机提供升力的结构，机翼结构的安全性与可靠性关乎整个飞机的安

全与可靠。传统的机翼结构可靠性仅考虑了静态模式下的可靠性，而忽略了时间

的影响，本文在传统可靠性的基础上考虑时间的影响，更加符合机翼可靠性实际。

首先分析了飞机在起飞降落的循环周期内的受力情况，对其机翼运用CATIA

软件进行建模，考虑在循环载荷的作用下，通过有限元分析来得到循环载荷作用

下机翼的应力集中位置，得到该位置的接触面应力集中情况。然后考虑机翼结构

中蒙皮和桁条构件可靠度随时间的变化情况，采用强度退化理论和数理统计的方

法，对其在强度变化和随机载荷作用下的时变可靠度进行分析，得到其三种强度

退化形式下的时变可靠度。最后考虑上述两种构件之间的相关性，通过Copula函

数中参数的选择，找到并运用合适的Copula函数建立强度服从三种退化形式下

机翼结构的蒙皮和桁条之间的联合失效概率密度，并计算不同时刻机翼结构的可

靠度，然后与蒙特卡洛方法得到的联合失效概率进行比较，两种计算方法所得到

的失效概率相对误差小于1%，故此运用Copula函数得到的联合失效概率密度函

数是有效的，在考虑两种构件具有相关性的情况下，计算所得可靠度较高，比较

符合实际情况。

关键词：机翼结构；Copula函数；结构可靠性；时变可靠性

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

Abstract

Aircraft,asacarrierforpeopletorisetothehighaltitude,hasrealizedpeoples

dreamofflyingtotheskyfromancienttimes.Thewingisthestructureforaircraftto

providelift,andthesafetyandreliabilityofthewingstructureisrelatedtothesafety

andreliabilityofthewholeaircraft.Thetraditionalreliabilityofwingstructureonly

considersthereliabilityinstaticmode,whileignoringtheinfluenceoftime.Thispaper

considerstheinfluenceoftimeonthebasisoftraditionalreliability,whichismorein

linewiththeactualreliabilityofwing.

Firstly,thestresssituationoftheaircraftduringthetake-offandlandingcycleis

analyzed,andthewingismodeledbyusingCATIAsoftware.Undertheactionofcyclic

load,thestressconcentrationpositionofthewingundercyclicloadisobtainedthrough

finiteelementanalysis,andthestressconcentrationsituationofthecontactsurfaceat

thispositionisobtained.Then,consideringthevariationofskinandstringerreliability

withtime,thetheoryofstrengthdegradationandmathematicalstatisticsareusedto

analyzethetime-varyingreliabilityundertheaction