破坏控制设计：探究与应对方法

在结构设计方法由传统设计方法转换到损伤容限设计方法的期间，破坏性事故时有发生。损伤容限设计在技术层面和人们的认识方面都存在局限，进行破坏控制设计势在必行。

破坏控制设计与损伤容限设计的基本思想类似：将结构设计、材料选取、制造和维护作为一个完整的工程，以断裂力学为手段，对破坏进行检测、预测和控制。损伤容限设计以破坏的预测为重点，而破坏控制设计着重于控制。同时，考虑到预测精度的局限性，在维护管理中对预测偏差采取补偿手段。

以疲劳断裂为例，由几种不同设计方法得到的寿命预测结果如图5-6所示。

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图5-6　传统设计、损伤容限设计与破坏控制设计的寿命预测

传统设计中，假定材料中没有缺陷和裂纹，实际寿命可能大大低于预测最大寿命。在假定存在初始裂纹的基础上，损伤容限设计仅对裂纹扩展寿命进行预测，而忽略裂纹的形成寿命，这是一种较保守的方法。因对实际存在的缺陷并不了解，因此，预测的扩展寿命有一个变动范围。

在破坏控制设计中，首先关注裂纹形核位置（crack initiation site）的控制，由此将缺陷的变动控制在最低水平，尽可能消除实际寿命的变动，提高预测寿命结果的可靠度；然后依据与损伤容限设计相同的方法，对裂纹扩展部分进行预测及控制，努力延缓裂纹的扩展，以延长结构寿命。同时，将在假定初始裂纹基础上得到的结果与实际裂纹扩展的监测结果相对照，保证分析精度。

破坏控制设计中可以控制的要素有破坏类型、裂纹形核位置、裂纹扩展路径、裂纹扩展速度等。破坏控制设计目前还处在探索阶段，并未形成体系。以下用几个具体事例来说明运用此方法的思路。