金属材料大气环境静态腐蚀老化的疲劳特性

对ＬＣ４ＣＳＡｌ合金和３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ钢的疲劳试验件在大气环境预腐蚀两年后测定其疲劳寿命性能，检验了疲劳寿命的分布特性，分析了材料在大气环境预腐蚀后疲劳寿命分布的数字特征、寿命分散系数、疲劳Ｓ－Ｎ曲线等的变化，以及冷挤压强化孔的疲劳增寿效应与大气环境腐蚀日历时间之间的关系结果表明，随腐蚀日历时间的延长，疲劳寿命均值减小，寿命方差增加，疲劳寿命分散系数增大，冷挤压强化孔的疲劳增寿效应衰减．对于在大气腐蚀环境中使用的结构，所得结论是估算结构（特别是飞机结构）疲劳日历寿命的参考依据．

LC4CS铝合金和 30CrMnSiNi2A钢在大气环境预腐蚀后的疲劳曲线

使用铝合金ＬＣ４ＣＳ和高强钢３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ作为模拟疲劳试验件，在大气腐蚀环境中长期放置１～１５年后做疲劳试验，取得不同日历时间下的疲劳特性数据。本文给出０、１、２年的疲劳Ｓ——Ｎ数据，并采用极大似然原理测定出Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线。结果表明，大气环境腐蚀后材料的疲劳寿命下降与日历时间有关。这些曲线是确定受腐蚀金属机件或构件疲劳日历寿命的依据。

材料循环应力-应变行为及循环应变寿命的研究

材料的循环应力 -应变行为以及循环应变与寿命的关系是材料的主要疲劳特性 ,用局部应力 -应变法计算构件疲劳裂纹形成寿命时要用到它们。使用这些疲劳特性的不同描述方法给寿命计算带来的误差差别很大。依据试验结果对目前的一些描述方法作出比较 。

一种通用的计算复合材料刚度的有限元方法

根据复合材料宏观有效模量的定义,本文通过在复合材料细观模型的边界施加六组特定形式的均匀边界条件,以三维有限元作为数值分析手段,对各种细观模型及增强相力学特性,可一次性全部解出复合材料的所有弹性系数。通过计算典型代表体元细观模型,验证了本文数值方法的准确性和优越性。

基于损伤容限的整体梁多目标优化设计方法研究

针对整体结构的传统设计方法不能保证其在整个设计使用寿命中安全性和经济性的问题,着重研究了整体结构损伤容限设计方法。以飞机整体梁结构为例,建立了以结构截面参数为设计变量,结构重量和剩余强度综合最优为优化目标的优化模型,通过遗传算法,得到了不同权重系数下的优化结果。所用方法可为整体梁结构损伤容限设计提供了指导与参考。

翼身融合布局民机PRSEUS结构制造工艺研究进展

拉挤杆缝合高效一体化结构(Pultruded rod stiffened efficient unitized structure,PRSEUS)综合利用了复合材料的一体化缝合和整体固化技术,能够满足翼身融合布局民机的传载、止裂、稳定性和维修性等结构设计要求。PRSEUS面板采用了低成本整体式结构设计制造方法,通过采用三维编织、单边缝合和可控气压树脂灌注等技术,完成纤维编织、缝合和树脂灌注过程,以低温共固化和缝合技术确保结构法向强度。通过合理选材和工艺设计,易于满足翼身融合布局民机不同部位结构的多样性设计需求。本文从翼身融合布局民机PRSEUS结构选材设计、PRSEUS结构制备核心工艺、PRSEUS工装夹具、典型PRSEUS测试壁板制造和典型机身试验件制造等方面系统阐述了翼身融合布局民机PRSEUS结构制造工艺技术的最新进展和发展现状,通过总结与展望PRSEUS结构制造工艺研究进展,为中国未来民机结构设计制造以及新型材料结构研发提供有价值的技术参考和研究方向。

HWB中央机体结构非线性分析与方案优化设计方法研究

作为下一代大型民用飞机最具发展潜力的机型之一,翼身融合布局民机一直以来备受关注;而其非圆截面机身结构承载效率低和稳定性差等问题曾成为制约该机型发展的主要结构设计难题,由波音公司和NASA共同提出的基于PRSEUS的中央机体结构为解决这一难题提供了技术途径。为了深入研究翼身融合布局民机中央机体结构的承载特性、非线性分析方法及其优化策略,本文针对基于PRSEUS的HWB中央机体结构,依据其几何设计要求和复杂载荷特征,建立了高保真有限元模型及其边界、载荷施加方式;依据典型载荷工况,开展了HWB中央机体结构非线性分析;最后,利用多岛遗传优化算法,对HWB中央机体结构进行了方案优化设计。对比已有文献,结果表明:HWB中央机体结构非线性分析方法具有较好的变形分布预测能力;所提出的方案优化设计策略具有一定的工程应用价值。

电脉冲除冰仿真冰层松脱准则研究

电脉冲除冰系统以其结构简单、重量轻、效率高等优良性能,已成为未来飞机除冰系统的主要发展方向之一。开展电脉冲除冰过程的动力学仿真分析与冰层松脱准则研究,能够为飞机电脉冲除冰系统设计提供基本参考依据。在研究比较相关技术文献的基础上,综合考虑了冰层松脱过程中法向正应力与层间剪应力的共同作用,提出了一种改进的冰层松脱准则;数值算例证实该准则合理、准确,能够应用于电脉冲除冰过程的仿真分析中。

MK7-3拦阻器刚柔耦合动力学建模与分析

结合MK7-3拦阻系统结构特点和工作原理,建立了完整包含拦阻液压缓冲器、滑轮组系统和拦阻索在内的刚柔耦合拦阻系统动力学仿真分析模型。模型采用三维索单元模型模拟拦阻索在高速冲击作用下的弯折波现象,采用非线性弹簧阻尼单元模拟液压缓冲器的输出载荷,采用刚性体模拟动滑轮和定滑轮。数值仿真分析结果表明,本文建立的拦阻系统动力学模型能够很好的描述拦阻索在拦阻初始阶段产生的弯折波,舰载机着舰滑跑数据的计算结果与实验结果吻合。

非圆形截面复合材料机身屈曲优化设计

为了降低BWB机身弯曲应力、提高屈曲稳定性,在150座BWB民机复合材料三舱室机身结构的基础上,提出了改进的Y形和弧形加强三舱室机身设计模型;利用零阶参数优化算法,对3种机身结构进行了静力与线性屈曲优化分析,获得了较为合理的三舱室机身布局方案,为BWB民机机身设计提供了重要技术参考。

舰载机-拦阻器耦合系统动力学建模与仿真分析

拦阻过程是舰载机着舰过程中的核心环节。舰载机的着舰滑跑响应除受舰载机自身特性、起落架缓冲特性影响外,拦阻器的拦阻特性对舰载机着舰滑跑动响应也具有至关重要的影响。本文提出了舰载机-拦阻器联合仿真分析模型的建模方法,建立了包含完整的MK7-3拦阻器刚柔耦合动力学模型和某型舰载机动力学模型为一体的舰载机-拦阻器刚柔耦合动力学系统。数值仿真分析结果表明,本文建立的舰载机-拦阻器耦合系统模型能够很好地描述舰载机着舰过程中与拦阻器之间的交互作用特征,舰载机着舰滑跑数据的计算结果与实验结果吻合。

基于健康监测的飞机结构寿命预测技术

飞机结构健康监测技术在飞机的结构设计、飞行及维护过程中发挥着重要作用,该技术可用于结构健康状况预判、辅助维修与维护决策。本文首先介绍了当前结构健康监测的概念及其适用范围,讨论了结构健康监测相关规范要求,以F-35和A400M为例分析了国外飞机结构健康监测技术的典型工程案例,并给出了典型飞机单机跟踪和寿命控制、某老龄飞机载荷谱实测及寿命预测,总结了基于裂纹的监测方法研究及限制其应用的主要因素。在此基础上,提出了飞机结构健康监测系统设计的主要思路,给出了寿命预计的基本流程,阐述了其中控制点选择、飞行参数筛选、载荷/应变方程构建、损伤计算及寿命评估、结果输出及方程验证等主要环节。最后,对航空领域未来开展结构健康监测智能化研究进行了展望。

倾转旋翼机短舱倾转机构动力学仿真分析

研究倾转旋翼机短舱倾转机构在短舱从固定翼模式运动到直升机模式过程中的动力学特性具有重要的意义。在短舱倾转机构传力分析及运动学分析的基础上,应用LMS Motion建立了短舱倾转机构多体动力学仿真模型,定义短舱倾转机构的各构件及其属性,创建各构件之间的运动副,定义运动机构驱动,创建外力和力矩以模拟真实的工况,得到并分析短舱和丝杠的主要运动参数曲线以及机构主交点的受力变化情况。结果表明:丝杠与短舱连接点处作用力随短舱的仰角增大先减小再增大,短舱与机翼支点处作用力随着短舱的仰角增大而逐渐增大。研究结果可为倾转旋翼机短舱倾转机构的参数确定提供参考。

航空滚轮滚针轴承试验研究与寿命估算

以航空滚轮滚针轴承为试样,开展滚动接触疲劳寿命试验,得到该轴承在不同载荷下的寿命数据、失效模式等,预测滚轮滚针轴承寿命,并与试验结果进行对比分析。结果表明:试验载荷在作为滚轮使用的承载能力(CTR)附近时,试验寿命与理论寿命非常吻合;试验载荷在50%CTR左右时,试验寿命高于理论寿命。应用中要考虑卡死现象和外圈磨损失效模式。

复合材料层压厚板接头失效分析研究

随着复合材料在航空工程中的广泛应用,需要对复合材料结构的强度问题进行探究,而国内对复合材料层压厚板接头的失效模拟与分析方法研究较少。为此,以复合材料厚板接头为研究对象,基于三维渐进失效分析方法,选取合理的本构关系、失效准则、材料退化模式,并利用Fortran语言编写Umat子程序完成渐进失效方法的应用实现。通过对比复合材料层压厚板接头静强度试验和计算结果,表明本文所采用的三维渐进失效分析方法计算得到的应变-载荷数据与试验结果基本相符,即本文方法能够较好地模拟层压厚板接头的拉伸破坏过程,且可实现变参迭代计算,可为复合材料厚板接头结构的优化设计提供参考。

飞机下船体隔框压缩稳定性分析方法研究

介绍了工程中两类用于计算下船体隔框加筋结构压缩许用载荷的算法,结合与其结构相似的加筋壁板压缩试验进行了分析,表明约翰逊—欧拉算法更适用于该部位的压缩稳定性计算。

典型连接结构中紧固件柔度系数的计算方法探讨

运用有限元方法对单剪双铆钉结构的紧固件柔度系数进行计算,并与近似理论公式、工程经验公式的计算结果以及试验结果进行对比,得出有限元计算方法的准确性和可行性。结合有限元计算结果,对Grumman公式进行重新拟合修正,得到了新的紧固件柔度系数计算方法,针对单剪双铆钉结构该方法比近似理论公式及其它工程经验公式更接近试验结果。

飞机结构作战生存力设计要素与评估研究

飞机结构作战生存力是影响飞机综合作战效能的关键因素,飞机结构的生存力设计对提高飞机的作战能力、降低寿命周期的费用、保证飞机处于良好的战备状态具有重要意义。从飞机生存力的内涵和结构生存力设计要求出发,梳理飞机结构生存力设计要素;分析战损情况下结构生存力设计准则,重点开展爆炸引起的超压和波阵风载荷下飞机结构生存力研究,并给出分析算例。结果表明:飞机结构生存力设计要素与常规的损伤容限设计要素相似,可以参照损伤容限的设计步骤开展结构生存力设计;机身壁板、前缘、活动面和口盖等飞机结构对冲击波超压比较敏感,可以通过构型优化提高结构生存力。

基于电路模型的复合材料多钉连接载荷分配新方法

提出了一种新的计算复合材料多钉连接载荷分配方法,即将电路模型应用到复合材料多钉连接结构载荷分配估算中,多钉连接结构中的载荷、柔度和变形分别等效于电路模型的电流、电阻和电压。在新模型中材料的胡克定律转化为电学中的欧姆定律,变形协调方程等效于电学中的电压平衡方程。该方法使复杂的多钉连接模型变成了一些由简单的串联和并联电路组成的简单模型。对n排单列连接结构的电路模型进行分析,总能找到n-1个独立的闭环电压平衡方程和一个电流平衡方程,联立这n个方程就能够计算出各个钉上的电流大小,也就是相应的载荷值。在某些支路上添加恰当的电源,还可以模拟复合材料多钉连接结构的间隙或者过盈量。通过与试验结果对比,发现该方法能较好的预测出复合材料多钉连接载荷分配。

复合材料T型加筋壁板后屈曲承载能力研究

为了研究飞机复合材料T型加筋壁板结构在轴压载荷下的承载能力,对复合材料T型加筋壁板进行了轴压试验,并使用工程算法和有限元法仿真进行了分析,得到了加筋板的屈曲载荷及破坏载荷、载荷-位移曲线及损伤演化过程。对比两种分析方法与试验结果可以得到:当复合材料加筋壁板屈曲后,还有较强的后屈曲承载能力;相对于有限元分析方法,工程算法误差更大;准静态法可以有效地模拟出加筋板的屈曲及后屈曲行为,但是计算代价相对较大。