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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生抑制作用的結構部件。通過增設如圖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，從而使裂紋發生轉折、或裂紋轉型、或止裂，以實現所需結構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合使用，其效果更佳。若在金屬結構上獨立應用此結構，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。

三明治混雜結構

三明治混雜結構是一種多材料綜合應用的結構。與選擇性增強相比，其不同材料間的混合程度更高。三明治混雜結構典型截面如圖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構的基本構成要素。三明治混雜結構是“可設計”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計。這樣，它可以用在需要提高靜強度的結構、需要提高抗裂紋擴展能力的結構、需要提高剩余強度的結構、需要抗腐蝕和抗雷擊的結構。即對結構有什么樣的需求，就可以設計出滿足該種需求的三明治混雜結構。

三明治混雜結構可應用于較厚的結構件或者曲率較復雜的結構件。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量和緊固件數量。

總結與展望

綜上所述，金屬結構的新概念設計具有以下優點：1）提高結構抗疲勞裂紋生長的能力；2）提高整體剩余強度和結構強度；3）降低零件數量以減輕機身結構重量；4）提高耐腐蝕性能；5）提高制造工藝性；6）降低設計生產成本。

目前國際上各家民用航空公司都在大力發展并推行該類技術應用，金屬結構新概念設計的創新應用將成為現代航空技術的必然趨勢。但是，國內目前對這類新型的結構設計概念的研究才剛剛起步，若想要真正應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：上海飛機設計研究院結構設計研究部