为何飞机金属部件的疲劳开裂解决不了

作者 | 孙一凡  仿真秀优秀讲师

首发 | 仿真秀App

导读：曾几何时，美国空军一架F15战斗机在模拟空战时突然断裂分成两节，飞行员紧急弹射跳伞。如此惊魂事故发生后，美军大面积停飞F15战斗机，事故调查结果显示，该事故起因是战机上的一根金属纵梁发生疲劳损伤，进而发生脆性断裂造成的。

吃瓜群众不禁要问，难道是美国战机去其他国家骚扰太频繁，太累自杀了？ 

调侃归调侃，相信机械相关专业的小伙伴们对金属部件的疲劳损伤都不陌生，简单来说，就是反复变化的载荷在远小于金属断裂损伤载荷的情况下，也会使金属机械性能逐渐变弱并最终发生损伤断裂。

标准定义是这样的：金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。  

一、机械事故与金属疲劳

实际上机械事故的发生，大多数都和金属疲劳有关，设计精密严谨的飞机也不例外。1967年美军刚刚出厂服役的F111战机40天内连续三架失事，最后一架居然在低空飞行时左翼直接掉落，调查发现事故原因是制造过程中的疲劳初始裂纹造成的。

02年台湾飞香港的“华航” CI611航班波音747客机坠毁海面造成机上225人死亡，事故调查原因也指向舱体金属部件的疲劳开裂。

二、疲劳计算现状

航空领域的事故由于影响重大而备受关注，机车、汽车及机械设备领域因为部件疲劳损伤造成的意外事故更是数不胜数。作为全球技术顶尖的飞机设计制造公司，能不重视部件疲劳损伤问题吗？

当然不会，事实上不但重视，而且是非常重视。但是疲劳损伤是相当诡异的一件事，金属部件做一百次疲劳试验，能出来99个结果，更别说结构更为复杂的复合材料，载荷工况复杂的航空部件了。因为疲劳损伤呈现的复杂性，所以现在的疲劳理论更多是基于试验、测试及经验积累发展而来。

随着疲劳强度理论的发展，一般机械部件的疲劳损伤计算误差基本能控制在合理范围内，航天航空部件因为对重量的极度苛刻和空气动力载荷的复杂影响，依然处于试验为主计算辅助的阶段。

部件疲劳计算，国内小公司一般是不涉及的（当然，强度计算也做的不多），大中型公司产品的设计制造过程，都是要提前对产品进行强度和疲劳计算，达到满足质量要求和节约经济成本的目的。产品涉及欧美的企业公司，都很重视设计仿真计算，毕竟欧美产品规范明明白白的写在那呢，不符合规范的产品一旦出事厂家会被罚的倾家荡产，产品设计规范一定程度上也起到了企业护身符的作用。

像我熟悉的风电行业，能向欧美大量出口风机整机企业目前还真没有，更多的是向南美洲、非洲、中东等地区出口整机产品。既然是出口，当然要符合国际通行的欧美风电机组设计标准，该做的计算一个也不能少。风电整机行业，目前疲劳计算基本使用nCode软件做计算，使用Fesafe的也有但是少一些，其他疲劳计算软件很少有使用的，倒不是说其他软件计算不准或者不好用，主要是为了和大家保持一致，这样交流技术问题就能达到软件操作设置的级别，一句话就能明白对方的意思。

原文标题：美空军F15战斗机飞行中突然断头，nCode金属疲劳分析难学吗？

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