飞机焊接加筋壁板拉伸强度预估方法研究

对民机焊接加筋壁板结构的拉伸强度预估方法进行研究,依据复合材料力学中弹性模量混合律,提出一个预估飞机壁板结构拉伸强度的理论公式,并通过引入焊接接头的力学性能、离面弯矩、长桁截面形状、蒙皮应力集中等4个系数,反映各因素对壁板结构强度的影响。通过与飞机新型搅拌摩擦焊接铝锂合金壁板拉伸试验结果比较可知,理论计算值比试验值大3. 81%,误差较小,证明了本研究所建立的理论公式具有一定的可靠性和正确性,所述的预估方法可为焊接加筋壁板结构的选材、工艺性能的改进和航天设计人员预估飞机壁板强度值提供参考。此外,利用有限元方法对两组具有不同焊缝状态的壁板的拉伸力学行为进行了模拟分析,结果表明焊接加筋壁板在拉伸破损失效过程中,焊缝开裂状态对壁板抗拉强度无太大影响,同时通过有限元应力云图可以观察到壁板的高应力区,显示壁板的失效过程,在今后对新型民机焊接壁板结构的设计和选材预研阶段,可以通过有限元模拟替代飞机壁板大型结构件拉伸试验,减少预研的周期和成本,提高试验的效率。

残余应力场对民机焊接壁板裂纹扩展速率影响的研究

为了降低大型民机焊接壁板结构疲劳裂纹扩展试验成本,缩短焊接工艺在新型飞机壁板结构上应用的研究周期,利用Abaqus有限元软件,采用预定义温度场法模拟焊接残余应力场,通过有限元模拟得到裂尖应力强度因子值,结合大型焊接壁板结构特点,利用蒙皮材料参数,采用Pairs公式,预测焊接壁板的裂纹扩展速率,并基于该模型研究不同应力比与焊接工艺下试样的疲劳裂纹扩展速率。研究发现,残余应力使有效应力比Reff增加,但随着应力比的增加,影响逐渐降低;有效应力比的变化趋势与残余应力分布趋势相同。焊接残余应力提高了焊接构件的裂纹扩展速率。通过与试验结果进行对比,验证了文中所使用方法的可行性。

基于纤维金属加筋民机壁板的压缩强度预测模型

基于力矩分配法,研究了受轴压载荷下纤维金属加筋民机壁板的屈曲分析理论,分析计算了该民机壁板的压缩强度,并提出了一个民机壁板后屈曲极限强度的理论预测模型。通过与民机纤维金属加筋壁板压缩强度破坏试验结果对比,发现模型理论预测值与试验值吻合较好,偏差为3.01%,所建强度预测模型的精准性得到查验。此外,利用有限元方法分析了纤维金属加筋民机壁板的屈曲及后屈曲承载能力,模拟了壁板的应力集中区和失效过程,结果表明该壁板出现局部屈曲后拥有理想的后屈曲受载能力。本研究能为加筋民机壁板构型的材料选取、工艺性能的提升及预测纤维金属民机加筋壁板压缩强度值提供一定理论依据及试验数据,并可在民机预研设计阶段替代壁板大型结构件压缩试验,减少预研试验的成本与周期。