飞行器蒙皮桁条结构减振优化设计方法研究

减振和隔冲击设计对航天飞行器可靠性和安全性设计具有重要意义。先利用爆炸冲击的加载试验,获得了典型蒙皮桁条结构有效的冲击加速度数据。建立并修正了减振结构的动力学仿真模型,利用验证的仿真模型对五种不同的结构减振方案进行分析,得到一种有效的减振优化设计方法。

超大直径蒙皮桁条结构中间框刚度判别式研究

面向重型运载火箭等超大直径薄壁结构设计需求,基于能量法对特定失稳波形下结构的轴压承载能力进行分析,给出适用于超大直径蒙皮桁条结构的中间框不失稳刚度判别式。将该判别式应用于5种不同直径的蒙皮桁条结构中,得到中间框不失稳临界尺寸随壳段直径的变化关系,并进行有限元仿真校核。结果表明:给出的中间框刚度判别式对大直径蒙皮桁条结构有较好的适用性,对于超大直径蒙皮桁条结构,环向失稳波数的增加降低了壳段直径跨越式增长带来的影响,中间框不失稳临界尺寸并没有随壳段直径尺度的跨越式增长而大幅增加。

基于RBF模型的蒙皮桁条结构减轻孔优化

面向未来运载器大轴压服役性能和结构轻量化需求,提出一种布置于蒙皮桁条结构中间框上的新型长圆减轻孔,可在小幅提高结构轴压极限承载能力的前提下,实现结构减重。考虑到后屈曲分析的计算效率,基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)代理模型,构造了蒙皮桁条结构减轻孔的后屈曲优化模型。算例结果表明,长圆减轻孔模型较初始设计和圆形减轻孔模型承载效率更高,且可设计性增强。这种新型减轻孔模型有望应用在未来重型运载火箭的蒙皮桁条结构设计中。

长桁与蒙皮脱粘对复合材料加筋板承载能力影响分析

复合材料结构在制造和使用过程中,难免产生分层损伤,这些损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。针对复合材料加筋板,采用有限元动态显式分析方法,分析长桁与蒙皮脱粘面积对加筋壁板结构屈曲和后屈曲承载能力的影响。在ABAQUS商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,实现加筋板轴压载荷作用下的渐进式失效分析。建立了脱粘面积与结构承载能力之间的关系,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。

焊接方向对钛合金H型桁条-蒙皮结构双激光束双侧同步焊接变形的影响

通过有限元模拟,对比分析了三种焊接方向下双激光束双侧同步焊接TC4钛合金H型桁条-蒙皮薄壁结构的变形差异。热源模型采用组合热源,能够有效体现出激光热源在表面以及熔深方向上的能量分布。将模拟变形结果结合三维扫描实际测量,验证了模型的可靠性。试验结果表明,冷却结束后,构件中部变形较大,两端变形较小,变形主要集中在高度方向上。三种焊接方向中,从桁条中间到两端焊接的整体变形最小。

1420铝锂合金在宇航薄壁加筋铆接结构上的应用研究

为研究1420铝锂合金应用在宇航薄壁加筋铆接结构上减重效果及轴压失稳破坏形式，本文设计了3个1420铝锂合金和1个LY12铝合金铆接薄壁加筋壳圆筒及其轴压破坏试验，同时对减重效果进行了理论分析。试验和理论分析结果表明：1420铝锂合金应用在薄壁加筋铆接结构上，可实现结构减重10％～15％，其轴压失稳破坏形式与LY12铝合金基本相同。1420铝锂合金是一种有广泛应用前景的新型宇航结构材料。

航天半硬壳结构模型简化方法研究

蒙皮桁条结构和网格加筋结构因具有较高的比强度和比刚度而广泛应用于火箭结构当中,其详尽的有限元模型自由度规模大,静力分析计算效率低。为了提高计算效率,研究提出了面向蒙皮桁条结构的优化定解法和面向网格加筋结构的等效性能法。在大直径蒙皮桁条结构按照横截面积相等简化为梁-壳模型后,可以保证轴向拉压刚度和弯曲刚度不变,但会出现扭转刚度不匹配的情况。采用尺寸优化的方法,通过调整蒙皮厚度来修正模型刚度,进一步利用局部单胞的弯曲刚度相同,便可确定简化模型的最终尺寸。对于周期性的网格加筋结构,采用改进的渐近均匀化方法,获取结构单胞的刚度信息,进而可建立与精细模型性能一致的光筒模型。算例表明,采用本文提出的两种模型简化方法得到的简化模型与精细模型之间的刚度误差可保证在5%以内,验证了简化方法的有效性。

铝锂合金机身壁板抗剪切能力对比

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板的抗剪切能力。通过分析验证得到了两种机身壁板的抗剪切承载能力，并比较出了两种壁板的抗剪切承载能力强弱。分析结果表明，铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗剪切承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。

铝锂合金机身壁板抗压能力对比

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板的抗压能力。通过分析验证得到了两种机身壁板的抗拉承载能力,并比较出了两种壁板的抗压承载能力强弱。分析结果表明,铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗压承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。

铝锂合金机身壁板拉伸承载能力对比分析

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的机身壁板的抗拉能力。通过分析对比得到了两种机身壁板的抗拉承载能力,并比较出了两种壁板的抗拉承载能力强弱。分析结果表明,铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗拉承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。

飞机桁条-蒙皮连接结构的接触应力研究

飞机结构是由零部件通过铆接、螺接、胶接和焊接连接而组成的。连接区域应力分布情况及应力水平的研究对飞机结构的强度校核及连接区的失效破坏形式的预判有着重要的意义。基于非线性接触力学理论,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件对机翼结构中复合材料桁条-蒙皮连接结构进行了研究。研究内容包括:各排钉孔的最大等效应力和钉传载荷的分布情况;对飞机桁条-蒙皮的两种连接方式,基于非线性接触理论,分别建立了桁条-蒙皮的螺接连接结构和胶-螺混合连接结构,对比了两种结构的等效应力水平大小与分布。得出以下结论:板间厚度比对孔周接触域的应力集中系数和应力分布的影响较大;处于外侧两排铆钉孔传递较大的钉传载荷,中间排的铆钉孔的钉传载荷较小;不同的连接形式对孔周应力水平影响较大。

对卫星承力筒结构合理选用的初步研究

对铝合金桁条蒙皮结构的承力筒、碳纤维蒙皮桁条结构的承力筒、波纹筒和蜂窝筒的力学性能、制造工艺、研制成本及周期等进行了多方面的综合比较 ,认为承力筒的结构应根据卫星总体构型及其要求、承载能力、经济实力和对有效载荷的适应性等多方面的需求 ,合理和适当地选用承力筒结构。给出了选用卫星承力筒结构的一般原则。

激光焊接与铆接铝合金接头力学性能对比研究

分析激光焊接蒙皮-桁条结构优势的基础上,进行了铝合金激光焊接-铆接平板搭接接头力学性能对比实验。结果表明:所有底板厚度的试验断裂位置均在铆接一侧。同时进行了激光焊接-铆接T型接头力学性能对比实验。结果表明:所有底板厚度的试验断裂位置均在铆接一侧。

新一代运载火箭壳体的装配样板设计与应用

研究了新一代中大型运载火箭某壳体部段框、桁、蒙皮组合装配,通过装配样板在零件状态下制出协调定位装配孔,最终实现对中间框、桁条和蒙皮的协调装配。结果表明:该类装配样板实现了壁板状态下中间框、桁条和蒙皮的定位及协调装配,保证了装配过程的协调性和便捷性,节省了工装型架资源。后续此类装配样板将继续应用于相似部段的中间框、桁条和蒙皮的装配,并可将其推广应用于锥形部段的中间框、桁条和蒙皮的装配。

老龄直升机金属结构修理技术研究

为了确保老龄直升机的完整性、可靠性、安全性,保证直升机的适航性,本文主要讨论直升机机体结构的修理和直升机金属部件的修理方法,为老龄直升机金属结构修理提供一定的借鉴。

复合材料帽型筋条脱粘的失效机理分析

复合材料加筋结构承受后屈曲载荷时,蒙皮局部屈曲会导致筋条承受面外弯曲载荷,极易引起蒙皮与筋条的界面脱粘,最终导致结构破坏。通过四点弯曲试验模拟加筋结构受后屈曲载荷时的蒙皮/筋条界面性能,建立渐进损伤模型,分别考虑筋条与蒙皮胶接界面以及复合材料层板的失效,并引入材料刚度退化模型,详细分析蒙皮/筋条界面的脱粘机理和失效过程。分析结果与试验结果一致,表明加载跨距对于结构的失效形式影响较大,90mm加载时,胶层均首先失效于筋条与蒙皮内角处的胶接界面,且主要受Ⅱ型剪切模式影响;而150mm加载情况下胶层均首先失效于翼缘自由端与蒙皮交界处。正向加载时胶层失效主要受Ⅰ型和Ⅱ型混合模式影响,反向加载胶层主要受Ⅱ型剪切模式影响。界面脱粘以后,随着载荷增加,筋条腹板与缘条转角外侧出现分层破坏,损伤模型预测结果与超声扫描检测结果一致。

基于梁模型的蒙皮加筋结构纵横扭一体化建模研究

系统研究了蒙皮加筋结构的拉压、弯曲和扭转刚度以及桁条面积等效、惯性矩等效对此类结构刚度特性的影响.分析了蒙皮加筋结构弯曲刚度采用面积等效的合理性,给出了扭转刚度采用面积等效需要乘以修正系数的原因.给出了在NASTRAN软件中可实现的蒙皮加筋结构拉压刚度、弯曲刚度和扭转刚度一体化建模方法,并据此建立了捆绑火箭的有限元模型,通过地面试验验证了模型的合理性,为捆绑火箭纵向与横向、纵向与扭转、横向与扭转模态耦合模态分析及相关动力学研究提供了依据.