直升机复合材料结构疲劳寿命评定技术的研究进展与发展趋势

付裕 刘牧东 吴堂珍 唐兴中

摘要：针对直升机复合材料结构的服役环境和外场使用经验，分析了复合材料结构在交变气动环境下所呈现出的高周疲劳载荷特征，指出复合材料疲劳在直升机复合材料结构设计中的必要性。对直升机复合材料结构疲劳定寿体系中涉及的疲劳载荷谱编制方法、损伤失效机理、寿命预测方法及疲劳试验验证4项关键技术的研究进展进行了概述，在此基础上，根据当前复合材料疲劳寿命评定技术的研究瓶颈和发展水平，展望了未来直升机复合材料疲劳设计领域的研究重点和发展趋势。

关键词：复合材料；疲劳载荷谱；失效机理；寿命预测；疲劳试验

中图分类号：V233.1文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.01.014

复合材料由于具有强度高、重量（质量）轻、抗腐蚀、耐疲劳、可设计等诸多优点，广泛应用于直升机结构中。随着复合材料设计、加工、制造技术的发展和使用经验的增多，复合材料用量在直升机结构的比重逐渐增加（见图1），有些典型结构甚至采用全复合材料（如复合材料桨叶），而且越来越多的复合材料用于直升机主承力结构中[1]（如机身隔框、桨叶大梁等）。

传统的直升机复合材料结构强度设计中，往往只考虑飞机结构在各种极限工况下的静强度性能，尤其对于直升机机体结构的疲劳设计，甚至采用“静强度覆盖疲劳”的设计理念。然而，对于直升机复合材料桨叶结构，其服役环境为复杂交变的气动环境，存在着剧烈的气弹耦合效应，导致桨叶振动载荷包含复杂的周期成分，其低阶成分造成旋翼桨叶疲劳载荷呈现出低幅值、高频次的特征[2-3]，使得复合材料的高周疲劳问题十分突出。……