[科普中国]-结构稳定性试验

简介

为了保证飞机结构的稳定性，除了需要进行大量的稳定性设计计算外，还需要有选择地进行一些稳定性试验，以确定具体的设计参数和考核分析方法。飞机结构的稳定性设计与分析最终的鉴定还要通过试验研究来完成。

稳定性试验无论是设计初期的结构选参，还是后期的稳定性校核试验和试验件的设计（包括材料、结构尺寸、支持条件、复合材料铺层、载荷形式等）都要尽量与真实结构保持一致，且所得到的试验数据和结果应经过一定的分析与处理之后，才能真正用于指导实际结构设计。1

试验结果有效性分析根据试验任务书的要求，每项试验完成后，都会得到大量的试验数据和有关的试验结果，必须对这些试验数据和试验结果进行有效性分析。有效性分析一般包括以下四个方面：

确认试验件设计的具体背景主要包括试验件所模拟的实际结构形式、典型结构尺寸、材料、铺层、加工工艺、制造要求、所受载荷、边界支持等情况。其目的就是要确认试验件的设计符合要求，进行稳定性考核的具体结构部位，从而保证整个试验的有效性。

确认试验件制造与加工质量试验件制造与加工质量的好坏关系到试验数据和结果是否真实有效。试验前应对试验件的初始质量进行复验，检查试验件制造合格证和无损检测报告是否齐全，并对试验件在试验前的初始质量做详细记录。对于重要的试验件或者比较大的结构稳定性试验件，如果试验件制造方和试验方不在同一地方，需要对试验件进行转运，在运输过程中，很容易对试验件造成损伤，这时，试验方应对试验件进行试验前的无损检测复验，确定无损伤后再进行试验。

检查试验过程各个环节的有效性主要包括检查试验设备的完好性、试验件的支持条件、试验实施步骤、试验加载均匀性、试验加载精度、实验数据采集频次和精度、试验数据处理等方面是否满足试验任务书的要求。

检查数据的重复性并舍弃明显错误的数据一般情况下，每个试验件在加载到失稳或破坏之前，都应进行多次测量，以保证试验数据的重复性，对于由于应变片失效、漂移等原因而得到的明显错误的数据应予舍弃，以免影响数据处理结果。1

试验数据与设计可用数据之间的换算试验数据一般分为四类：（1）位移测量结果；（2）应变测量结果；（3）失稳及破坏载荷测量结果；（4）载荷-变形曲线。变形一般包括面内位移、面内应变、面外位移等。位移测量结果可直接使用，通常不需要换算。

应变测量结果在应用时一般也不需要进行换算。我们知道，复合材料结构在进行结构设计和强度校核时，使用设计许用应变（或总体失稳应变）和使用许用应变（或局部失稳应变）为许用值共同对结构设计参数进行控制，即要求结构设计满足在使用载荷下，工作应变不高于材料的使用许用应变或局部失稳应变，在设计载荷下，工作应变不高于材料的设计许用应变或总体失稳应变。由于失稳应变一般都远低于材料的许用应变，所以，结构受压区的参数设计常以失稳应变作为设计控制变量。

如果实际结构设计时，需要将应变值换算成应力值，只需将应变值乘以相应方向的弹性模量即可。这里的弹性模量指的是已经经过计算的层压板的工程弹性模量。失稳载荷和破坏载荷一般不能直接使用，必须换算成层压板结构的面内模力、应力或应变，才能供设计人员使用。

载荷-变形曲线一般用来监控结构在整个受载过程中某些重要部位的变形，结构设计时可以直接使用，也可用来检验分析软件。1