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損傷抑制部件

損傷抑制部件即指在裂紋擴展過程中對其產(chǎn)生抑制作用的結(jié)構(gòu)部件。通過增設(shè)如圖2所示的損傷抑制部件，裂紋能量在通過損傷抑制部件時逐步消耗，擴展速度得到抑制，從而使裂紋發(fā)生轉(zhuǎn)折、或裂紋轉(zhuǎn)型、或止裂，以實現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)的低疲勞裂紋擴展速率和高的剩余強度。鋁公司試驗證實了上述特點，試驗結(jié)果表明：以2099鋁鋰合金材料為例，截面積相同、壽命相同的情況下，有損傷抑制部件的壁板比普通壁板性能提高近30%。損傷抑制部件可以在有需要的地方單獨采用，也可和選擇性增強結(jié)合使用，其效果更佳。若在金屬結(jié)構(gòu)上獨立應(yīng)用此結(jié)構(gòu)，能將抗疲勞裂紋擴展能力提高10％~15％；若與選擇性增強組合應(yīng)用，能將抗疲勞裂紋擴展能力進一步提高25％，剩余強度提高15％。見圖3。

三明治混雜結(jié)構(gòu)

三明治混雜結(jié)構(gòu)是一種多材料綜合應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。與選擇性增強相比，其不同材料間的混合程度更高。三明治混雜結(jié)構(gòu)典型截面如圖4所示，通過膠接的方式將多層鋁合金板和纖維金屬層合板連接起來，鋁合金的薄板、厚板、擠壓型材和高性能纖維是先進的混雜結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成要素。三明治混雜結(jié)構(gòu)是“可設(shè)計”的，可以在長度和寬度方向逐漸減薄或增厚，強度、剛度、密度等屬性也都可以通過調(diào)整鋁合金板的厚度、纖維金屬層合板的用量、以及膠粘劑的類型來進行設(shè)計。這樣，它可以用在需要提高靜強度的結(jié)構(gòu)、需要提高抗裂紋擴展能力的結(jié)構(gòu)、需要提高剩余強度的結(jié)構(gòu)、需要抗腐蝕和抗雷擊的結(jié)構(gòu)。即對結(jié)構(gòu)有什么樣的需求，就可以設(shè)計出滿足該種需求的三明治混雜結(jié)構(gòu)。

三明治混雜結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于較厚的結(jié)構(gòu)件或者曲率較復雜的結(jié)構(gòu)件。在制造過程中，通過鋪層的方式成型，避免了復雜的成型工藝，并減少或消除了機械加工，使制造成本得以降低。同時，可以通過膠接鋁合金長桁，最大限度減少零件數(shù)量和緊固件數(shù)量。

總結(jié)與展望

綜上所述，金屬結(jié)構(gòu)的新概念設(shè)計具有以下優(yōu)點：1）提高結(jié)構(gòu)抗疲勞裂紋生長的能力；2）提高整體剩余強度和結(jié)構(gòu)強度；3）降低零件數(shù)量以減輕機身結(jié)構(gòu)重量；4）提高耐腐蝕性能；5）提高制造工藝性；6）降低設(shè)計生產(chǎn)成本。

目前國際上各家民用航空公司都在大力發(fā)展并推行該類技術(shù)應(yīng)用，金屬結(jié)構(gòu)新概念設(shè)計的創(chuàng)新應(yīng)用將成為現(xiàn)代航空技術(shù)的必然趨勢。但是，國內(nèi)目前對這類新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念的研究才剛剛起步，若想要真正應(yīng)用到我國的大型客機項目上，未來還有很長的路要走。

作者：錢敏單位：上海飛機設(shè)計研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計研究部