民机复合材料结构设计许用值及其确定方法

设计许用值是复合材料结构设计和验证的关键基础,目前国内相关研究仍处于起步阶段。本文介绍了设计许用值的概念,详细解读了设计许用值的适航要求,并根据设计标准给出了合适的试验矩阵以及相应的试验方法。最后应用某民机壁板实例验证了此方法的可行性,为进一步研究复合材料设计许用值提供参考。

复合材料壁板与钛合金接头连接强度试验与分析

复合材料发展快速且已经广泛应用,但是由于整体制造困难等因素,结构件之间需要有大量的机械连接,因此提高连接区安全性和经济性是一个重要的课题。以复合材料壁板与钛合金接头连接结构为研究对象,开展了连接强度试验研究,测得了结构件的极限拉伸载荷与应力应变数据,得到结构件载荷传递路径以及危险螺栓位置,并与仿真结果进行了对比分析,获得了一些有意义的结果。

复合材料盒段弯曲试验与数值研究

为了确定垂直尾翼承力盒段与机身连接形式,并获取两种方案所构成盒段的力学性能数据,对垂直尾翼承力盒段进行了弯曲试验,得到了壁板上的应变分布状态。应用有限元软件ANSYS建立了垂直尾翼承力盒段的有限元模型,通过分析计算得到了盒段的弯曲极限载荷和壁板的应变云图。分析数值模拟结果与试验结果,比较了两种盒段在弯曲载荷作用下的力学性能。载荷达到极限载荷的50%之前,盒段根部的载荷-位移曲线和蒙皮上的载荷-应变曲线均呈线性关系。通过比较数值模拟结果和试验结果,验证了数值模拟的可行性。

复合材料结构设计许用值试验数据处理方法

基于现有文献资料中对于复合材料许用值试验数据统计方法的总结,论述了复合材料许用值试验数据处理方法,包括正则化要求,异常数据的处理以及B基准统计方法,并对B基准统计过程中的批间差异检验、方差等同性检验和正态分布检验的工程判断进行了详细的介绍。重点阐述了合并法、单点法、小样本方法和最小批次B基准值方法的使用方法与限制条件,提出了B基准统计方法的选择流程。在B基准统计过程中,提出了采用修改离散系数方法补偿过低的变异性,以提高通过批间变异性和方差等同性检验的概率,并得到保守的复合材料许用值。采用所述方法对2组复合材料许用值试验数据进行了B基准值计算,结果表明:合并法与单点法得到的B基准值比较稳定且差异较小;小样本统计方法得到相对保守的B基准值,但是与母体的B基准值十分接近;最小批次B基准值方法得到的B基准值不一定保守,得到的B基准值不够稳定,需补充试验数据以得到用于设计和强度分析的许用值。

基于Patran/Nastran的连接单元模型对比仿真分析

由于整体制造困难等原因,复合材料结构件之间存在大量的机械连接,连接处往往是结构关键危险部位,因此提高连接区安全性和经济性十分必要。基于此,以承受单向拉伸载荷的铝合金与复合材料层合板连接结构为研究对象,针对四螺栓单搭接结构模型,采用Patran/Nastran有限元软件对比分析了4种常用连接单元模型,分别获得了各种连接单元模型连接结构钉载分配、应力应变分布以及应力集中情况,分析结果对复合材料连接结构建模和分析有一定的参考意义。

复合材料腹板开口补强设计及有限元分析

研究复合材料梁腹板的两种开口补强方式在中等开口、中厚板情况下的设计,利用四节点壳单元模拟进行静力学性能分析,并对两种补强方式计算结果进行分析对比,得出基于补片补强的方法补强效果很好且重量较低,其重点是补强片宽度以及过渡段宽度和铺层设计。

复合材料飞机结构的低速冲击损伤特性影响因素研究

阐述了复合材料结构低速冲击试验方案及步骤并进行了试验;介绍了低速冲击损伤特征,对损伤特性的影响因素包括冲头直径、冲击位置、铺层厚度等进行了分析,给出了相关曲线;总结了各参数对损伤特性的影响规律,为进一步研究复合材料结构冲击阻抗提供了参考。研究结果表明:相同冲击能量下,钝头冲击产生较小的凹坑,但分层面积较大;凹坑深度、损伤面积均随着冲击能量的增加而增加;与凹坑深度相比,损伤面积分散性较大;筋条间冲击损伤面积最小,缘条边缘冲击损伤面积最大;层压板越厚,损伤阻抗越大。

复合材料许用值试验件制造过程质量控制与检验

民用飞机复合材料许用值试验件的类型繁杂、批次多且制造精度要求高,试验件的制造过程需要严格的质量控制以提高试验件的合格率;复合材料许用值试验件数量庞大且每个试验件需要检测的参数多,要提高试验件的检测效率就必须有合理的检测方法。根据自身从事复合材料许用值工作的经验,提炼了一些制造过程质量控制方法和检测方法,为复合材料许用值试验件的制造提供参考。

民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵设计

试验矩阵是民用飞机复合材料设计许用值试验工作顺利推进的基础,为建立民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵设计方法,对试验矩阵的各组成要素——试验项目、试验方法、试验数量、试验件铺层以及设计许用值影响因素分别进行了研究。试验项目取决于复合材料结构分析方法,给出了各试验项目对应的试验标准;提出的铺层选取原则适用于型号各阶段的设计许用值试验工作;试验数量的确定应综合考虑结构的重要性、试验数据的处理方法和设计许用值影响因素的衡量方法。最后,通过某型民用飞机的具体案例结合所述的试验矩阵的构成要素,详细论述了民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵的设计方法。

民用飞机复合材料副翼结构损伤威胁评估研究

民机复合材料结构设计、分析及验证过程中必须充分考虑各类制造缺陷和服役损伤的影响。论文针对复合材料副翼结构,根据民用飞机复合材料结构损伤容限评定要求,对制造过程和运营场景进行了损伤威胁评估研究,确定了副翼结构的损伤源及损伤分类,给出了各类损伤的模拟形式,可供民用飞机复合材料副翼结构设计、分析及试验验证参考使用。