柔性涡流阵列传感器孔边裂纹监测技术

针对这一问题,提出了一种带双面补强的柔性涡流阵列传感器并用于孔边裂纹监测。通过COMSOL有限元软件建立传感器和被测试验件的有限元模型,分析提离距离、垫片磁导率变化和裂纹扩展对传感器输出信号的影响;制备带补强和不带补强的传感器,并开展挤压实验和在线疲劳裂纹监测实验;根据实验结果和仿真结果之间的差异进行误差分析。结果显示:随着提离距离和垫片磁导率的增加,传感器输出感应电压逐渐增大;传感器裂纹监测灵敏度随着提离距离的增加而逐渐减小;带补强的传感器可以在螺栓拧紧扭矩为63 N·m的条件下工作,而不带补强的传感器在拧紧力矩为50 N·m时完全失效;通过在线疲劳裂纹监测实验验证了带补强的传感器对裂纹具有定量监测能力,裂纹监测精度与激励线圈之间的间距一致,可达1 mm;实验结果与仿真结果之间的差异主要由提离距离引入。

柔性涡流传感器裂纹原位定量监测技术

针对传统柔性涡流阵列传感器感应通道数多、裂纹监测深度低等不足,提出了一种基于隧道磁阻(TMR)传感器的柔性涡流传感器,实现了结构表面和亚表面裂纹的定量监测,且有效减少了感应通道数。通过模拟不同深度裂纹扩展的方法,验证了采用TMR传感器测量y轴磁场分量进行裂纹定量监测具有较好的效果;通过建立二维有限元模型,分析了不同激励频率对涡流分布和裂纹识别灵敏度的影响。实验结果显示:对于表面裂纹的监测,基于隧道磁阻传感器的柔性涡流传感器具有良好的定量监测效果,且裂纹监测灵敏度随着激励频率增加而增大,激励频率从1 kHz增加到5 kHz时,裂纹识别灵敏度从108.41%增加至741.64%;对于2 mm以下的亚表面裂纹,在激励频率为1 kHz时,对裂纹定量监测效果不明显,通过增加激励频率可以改善裂纹监测效果并提高裂纹监测灵敏度;传感器的裂纹监测精度为5 mm,与激励线条之间的间距一致。该研究成果有效地减少了感应单元数,并解决了深层裂纹定量监测问题。

胶铆混合修补铝合金板的疲劳性能研究

针对胶铆混合连接方式单面修补铝合金板的疲劳性能,设计了未修理、铆接修理、胶接修理和胶铆修理4种不同形式的试验件,对其进行了疲劳试验。建立了试验件的有限元模型,得到了结构应力分布,获得了裂纹长度-裂纹尖端应力强度因子(SIF)曲线,并与试验结果进行了对比。结果表明:胶接修理和胶铆修理能有效降低裂纹处应力水平及裂纹扩展速率,且相对于未修理试验件疲劳寿命分别提升184.3%和197.3%;胶铆修理中铆钉能抑制胶层脱黏,相比胶接修理方式修理质量更可靠有效;有限元分析(FEA)结果与试验数据吻合良好,SIF误差基本保持在8%以内。

7B04与B95超硬铝合金的裂纹扩展性能

采用根据国内某型飞机飞行特性编制的随机载荷谱,对B95和7B04硬质铝合金进行疲劳试验,获得疲劳裂纹扩展数据和疲劳总寿命,确定裂纹形成寿命,对2种铝合金的疲劳寿命、分散性系数等重要疲劳性能指标进行对比分析。结果表明:7B04铝合金的中值裂纹形成寿命为5301.9飞行小时,约为B95铝合金的1.55倍,裂纹形成寿命分散系数为1.4362,远低于B95铝合金的(2.4439);7B04铝合金的安全寿命为4373.82飞行小时,约为B95铝合金的2.2倍,总寿命分散系数为1.5023,亦远低于B95铝合金的(2.1689);7B04铝合金的疲劳裂纹扩展性能明显优于B95铝合金的,可替代B95铝合金制造结构件。

基于格栅式薄膜传感器的金属结构裂纹监测

金属结构孔边是飞机结构中最容易出现裂纹的位置,实现金属结构孔边裂纹的定量监测是结构健康监测领域的重要研究内容,因此提出了一种基于电位法的格栅式薄膜传感器。采用阳极氧化工艺在2A12-T4铝合金基体上制备了Al_(2)O_(3)薄膜以防止金属基体对传感器监测信号造成干扰,然后采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在表面制备了格栅式薄膜传感器;通过建立格栅式薄膜传感器的有限元模型,得到传感器的输出特性,分析研究了传感器灵敏度的各影响因素;开展疲劳裂纹监测试验,验证了格栅式薄膜传感器的疲劳裂纹定量监测能力。试验结果表明,格栅式薄膜传感器具有应用于飞机金属结构孔边疲劳裂纹定量监测的可行性。

胶铆混合修理结构疲劳裂纹扩展性能分析

蒙皮结构修理对于飞行器安全使用十分重要,修理工艺的不同往往导致修理结构的疲劳性能差异较大。现有文献资料大多集中于单一连接方式的载荷传导研究,对于采用混合连接方式修理的研究相对较少,并且缺乏对修理结构的疲劳寿命预测。针对蒙皮修理结构的疲劳寿命预测问题,开展裂纹板、铆接修理、胶接修理和胶铆混合修理试验件的疲劳试验,并基于有限元方法建立裂纹扩展寿命预测模型。通过疲劳试验结果验证所建立的修理结构裂纹扩展寿命预测模型精度较高,预测得到修理结构疲劳寿命误差不大于10%。结果表明,相比铆接和胶接两种单一连接修理方式,胶铆混合修理方式能有效提高裂纹板疲劳寿命和胶接可靠性;建立的修理结构裂纹扩展寿命预测模型能可靠预测修理结构疲劳寿命,对于工程应用具有参考价值。