随着机队平均飞行时间和起降循环数的日益增长,广布疲劳损伤成为航空领域研究重点;多条裂纹间的相互作用使结构损伤评估趋于复杂,危害结构完整性。本文开展广布疲劳损伤评估方法及三维断裂研究,编写多裂纹随机失效过程模拟程序,计算广布疲劳损伤平均行为及检修时刻;依据试验、理论及有限元分析,对铝合金厚板及机身对接壁板的剩余强度特性展开研究;开展三维多裂纹扩展模拟及断裂分析。本文主要研究内容及结论如下:(1)基于试验建立了随机多裂纹萌生模型;考虑裂纹萌生位置、萌生次序及扩展参数的随机性,编写了裂纹萌生、扩展、连通及失效算法,通过有限元二次开发计算应力强度因子,开发了广布疲劳损伤随机发生过程模拟程序。以单排五孔板为分析实例,验证了模拟程序在计算广布疲劳损伤平均行为、检查维修时刻方面的可行性,有效提高了广布疲劳损伤评估效率;(2)以铝合金厚板及机身对接壁板为对象,通过试验、理论及有限元分析,研究结构在特定裂纹构型下的剩余强度特性。对弹塑性有限元法在剩余强度评估方面的应用做了改进。改进后的弹塑性有限元法能够有效提高预测精度,适用于复杂裂纹构型下多裂纹厚板的剩余强度评估;另外,对机身对接壁板的剩余强度进行评估,从而验证刚度等效法在壁板剩余强度评估方面的作用,方法简便,降低了计算误差;(3)对多裂纹结构的三维扩展及断裂展开研究,简化裂纹前缘的网格划分方法,基于有限元交替法建立了三维多裂纹扩展模拟方法,通过多角裂纹及非共线裂纹算例,验证了模拟方法的可行性和准确度;开发程序成功实现了应力强度因子及断裂韧性的三维化,并以对边角裂纹试验为例,实现了快速三维断裂分析,计算结果表明该方法的计算误差满足精度要求。