飞机复合材料蒙皮搭接结构电气性能分析与优化

本文旨在分析和优化飞机复合材料蒙皮搭接结构的电气性能。通过建立Comsol模型和Simulink等效电路模型,研究电流在结构中的分布和流动情况,并验证Comsol模型的准确性。通过对电阻值的计算和比较。结果表明,优化后的蒙皮搭接结构能够提高电气性能,使电流更加均匀地分布在结构中,从而提高整体的电导率和性能。

含多处损伤搭接结构应力强度因子有限元分析

采用铆钉的两种表现形式(详细杆元和简化的弹簧元)的组合方式建立了含多处损伤(MSD)多铆钉搭接结构的有限元模型,通过分析得到了不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化规律的曲线。结果表明,相对于单裂纹和无腐蚀情况,MSD和腐蚀损伤都会增加SIF值,当裂纹间距大于孔间距一半时,可不考虑裂纹间干涉效应;在给定的循环应力幅下,应力强度因子幅随干涉量的增加而降低,但干涉量大到一定值时,SIF对其不再敏感;铆钉材料对SIF的影响很小,而铆钉直径增大20%,SIF约增加6%。反平面翘曲对SIF有很大的影响,相对于无反平面翘曲,SIF下降一个数量级。

铝合金搭接结构的搅拌摩擦焊接技术

阐述了铝合金搭接结构搅拌摩擦焊接基本原理及特点,评述了国内外研究和应用进展,指出采用搅拌摩擦焊接技术制造搭接结构产品是重要的发展方向,展望了后续发展的重点。

基于搭接结构的磁浮列车同时镇定容错控制

利用高速磁浮列车搭接结构的冗余机制,采用有理函数稳定因式分解的方法,设计了一种针对典型开环不稳定线性系统的被动容错控制器。利用经典极点配置方法搜索同时镇定问题的解,具体设计了不需繁琐的公式推导和复杂的控制器设计算法。仿真表明,在搭接结构中一个电磁铁组完全失效的情况下,该控制器仍然能够实现搭接结构稳定悬浮。试验结果表明,该控制器对被控对象的参数特性变化具有鲁棒性,对系统故障具有稳定意义上的容错能力。

无干涉铆接搭接结构的多裂纹扩展预测方法

建立了含有广布损伤(MSD)裂纹的无干涉铆接搭接结构三维有限元模型,求解裂纹尖端左右两侧的应力强度因子,并提出了等效应力强度因子的概念。以Paris公式为基础,结合改进的载荷循环叠加方法、塑性区连通准则,并考虑MSD裂纹扩展中的相关性,建立了等幅谱下MSD裂纹扩展预测模型。计算结果与试验结果表明,使用该方法预测的3种开裂模式下的寿命值误差均在7%以内;对搭接结构进行分析不能简化为二维模型;MSD裂纹扩展寿命与结构开裂模式有关,结构中共存的裂纹越多其裂纹扩展寿命越短。

高速磁浮列车悬浮搭接结构控制研究

为了实现悬浮系统的冗余,高速磁浮列车中采用搭接结构作为悬浮系统的基本结构形式,由于一个悬浮搭接结构由2个悬浮电磁铁共同支撑,其结构和控制方法与单电磁铁悬浮系统有很大区别。本文通过分析悬浮搭接结构的受力,给出悬浮搭接结构的数学模型;根据悬浮搭接结构的工作特点探讨其控制要求和控制方法,提出将搭接结构作为一个整体进行控制器设计的思路;通过设计状态观测器获取了悬浮搭接结构的全部状态,并采用最优控制算法设计悬浮搭接结构的全状态反馈控制算法。仿真分析表明:整体控制算法综合考虑了电磁铁和托臂的运动,具有比独立控制算法更好的性能。

热力耦合作用下复合材料搭接结构强度研究

复合材料铆钉搭接结构在温度变化情况下强度的研究对复合材料在航空领域上的应用具有重要的意义。为研究温度的变化对复合材料铆钉搭接结构强度的影响,考虑到模型具有高度的非线性问题,因此选用ABAQUS/Explicit求解器进行热力耦合过程的准静态模拟。通过编写VUMAT子程序,修改了材料的本构模型,考虑了温度对复合材料基本属性的影响,添加了混合失效准则以及材料失效后的参数退化方式。在25℃和105℃条件下分别对有开孔的复合材料板进行了压缩的模拟和复合材料铆钉搭接结构进行了拉伸的模拟。研究结果表明,温度的升高会降低压缩载荷作用下复合材料板和拉伸载荷作用下复合材料铆钉搭接结构的刚度与强度。

红外检测在老龄飞机蒙皮搭接结构腐蚀检测中的应用分析

随着服役时间的增加,老龄飞机的腐蚀问题不断积累,严重影响了飞机的使用寿命和飞行安全。在对退役飞机进行检测时发现,在蒙皮搭接结构中经常发生腐蚀产生的蚀坑。这种蚀坑由于隐蔽性强,目视检查无法发现,使用常规的无损检测技术,检测效果不好。根据红外检测技术的原理,模拟检测环境,对蒙皮搭接结构进行有限元建模,分析了在表面划伤情况下的模型表面温度场变化,验证了红外检测技术对于老龄飞机蒙皮搭接结构腐蚀问题的可行性,为红外检测技术的应用提供了理论基础。

基于有限元理论的飞机蒙皮搭接结构腐蚀红外检测建模分析

飞机蒙皮搭接结构的腐蚀问题直接危害飞机的使用寿命和结构强度,制约飞行安全。由于腐蚀发生位置隐蔽性高,常规无损检测的检测效果不理想。利用有限元分析方法,使用AN-SYS软件模拟检测环境,通过建立飞机蒙皮搭接结构模型,计算模型表面温度场分布。重点从腐蚀面积、腐蚀深度、表面划伤等问题对红外检测技术的可行性进行了分析,为其对蒙皮搭接结构检测的应用提供了理论依据。

金属-复合材料搭接结构性能研究

基于三维渐进损伤理论,研究了新型金属-复合材料搭接结构(由铝合金基片和双层CFRP复合材料增强结构组成)在铆接、胶接、混合连接等接头形式下,在静载作用下的失效形式,并进一步探讨了该结构在胶接中胶接参数对失效载荷的影响。结果表明:铆接接头的失效形式为铆钉剪切失效;胶接接头的失效形式为胶层失效;混合接头最初为胶层失效,后因铆钉剪切失效而整体失效;随着上胶层厚度的增加,结构的失效载荷先减少后增加,随着下胶层厚度的增加则先增加后减少;搭接结构的失效载荷随着胶接宽度的增加而逐渐增加;随着胶接长度的增加,搭接结构的失效载荷先逐渐增加后逐渐趋于稳定。

桥隧搭接结构围岩动土压力响应规律

采用振动台试验研究了桥隧搭接结构模型在不同加载方向的汶川波和不同加速度峰值的El-Centro波条件下,围岩动土压力的动力响应规律。结果表明:围岩动压力主要由水平向地震波产生;扩大段在低地震强度时拱腰处围岩动压力最大,在高地震强度时仰拱处围岩动压力最大;由于扩大段靠近隧道洞口的仰坡临空面,扩大段围岩的动压力峰值显著大于标准段。

高速磁浮列车搭接结构的相邻磁铁电流平衡算法

搭接结构是高速磁浮列车悬浮系统的基本组成单元,相邻磁铁电流平衡是列车正常运行的必要条件。磁浮列车悬浮系统的间隙传感器往往存在测量静差,引起悬浮系统的搭接结构两侧电流不平衡。本文根据动力学和电磁学理论建立搭接结构数学模型;分析电流不平衡现象的产生及其对系统的不利影响,提出3种电流平衡算法;分别将搭接结构的两侧电流瞬时值之差、两侧电流均值之差、两侧电流差的积分引入控制量,在起浮阶段、外力干扰、间隙干扰三种条件下对比各控制算法。得出结论:将两侧电流差的积分引入反馈能实现搭接结构左右两侧电磁铁电流平衡,提高系统抗干扰能力,有利于高速磁浮列车的安全稳定运行。

飞机用铝合金-CFRP搭接结构的电偶腐蚀预测研究

目的通过有限元仿真,预测飞机复合材料-铝合金搭接试件可能产生的腐蚀部位和腐蚀深度。方法采用动电位极化的方法,测得温度为40℃的5%NaCl溶液中铝合金和复合材料两种材料的极化曲线。以极化曲线及其拟合的电化学动力学参数作为边界条件,建立电偶腐蚀仿真模型。通过模型计算,分别得到两种材料的腐蚀预测结果,将其结果与实验室腐蚀试验结果进行对比。结果电偶试件模型预测得到的电偶电位值与实验测量得到的电偶电位值对比误差为4.2%。搭接试件的腐蚀部位为偶接处3 mm内,其腐蚀分布与搭接件电偶腐蚀模型预测的电位分布规律基本一致,腐蚀深度的预测值和腐蚀实验的实测值对比误差为12.5%。结论该研究的仿真预测结果与试验结果在一定程度上具有一致性,证明了仿真模型的正确性。

含多部位损伤搭接结构应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子(Stress intensity factor,SIF)分析是含多部位损伤(Multiple site damage,MSD)结构剩余强度和裂纹扩展寿命预测的基础和关键。考虑接触与摩擦,建立了含MSD搭接结构的三维有限元模型,研究了不同裂纹长度、铆钉类型以及损伤模式下裂纹尖端SIF分布情况和变化规律。结果表明,搭接件孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计。由于次弯曲、铆钉变形和板厚度等因素,SIF在外表面最小,接触面一侧较大,最大值多位于蒙皮内部。MSD会使裂纹间的干涉作用增强,SIF增大,且裂纹间距离越近干涉作用越强。裂纹长度相同时,埋头铆钉的孔边裂纹SIF积分均值大于平头铆钉,且接触面的SIF埋头铆钉大于平头铆钉,外表面则相反。

飞机蒙皮典型搭接结构附加弯矩分析

蒙皮典型搭接结构是飞机进行疲劳设计的重要结构件之一,其附加弯矩分析一直受到工程上的广泛关注。采用一维平板壳单元,通过合理的模型建立,对飞机机身蒙皮典型搭接结构进行分析,计算得到搭接结构各疲劳细节点所对应附加弯矩。同时还对一维平板壳模型进行了验证,证实其计算的有效性。所得附加弯矩计算结果对飞机机身蒙皮典型搭接结构疲劳设计具有直接参考价值。

连接工艺对铝合金搭接结构力学性能影响

为使飞机结构轻量化,用搅拌摩擦点焊、铆接、电阻点焊工艺连接某型飞机的典型铝合金搭接结构件并进行力学性能对比。对3种连接结构件的拉剪和疲劳失效形式进行分析,比较拉剪及疲劳性能,评价3种工艺疲劳可靠性。结果表明:搅拌摩擦点焊与铆接结构件拉剪性能相当,搅拌摩擦点焊的疲劳性能稍低于铆接结构件,两者的拉剪和疲劳性能均优于电阻点焊结构件。同时,搅拌摩擦点焊和铆接结构件的疲劳可靠性均优于电阻点焊。综合考虑力学性能、环保和结构轻量化等因素,搅拌摩擦点焊对实现飞机结构轻量化具有重大意义。

基于微纳传感器的复合材料单搭接结构循环载荷的监测

为研究玻璃纤维复合材料单搭接结构搭接区域的应力情况以及搭接件不同位置残余应力情况,使用多壁碳纳米管(MWCNT)薄膜和类石墨烯/油墨(MXene/ink)两种微纳传感器实现对单向玻璃纤维复合材料单搭接结构在3、4.5和6 kN 3种不同循环载荷和0.1、1 mm/min 2种加载速率下加载情况的实时监测。结果表明,在循环载荷过程中,玻璃纤维复合材料单搭接结构搭接面的中部区域剪切应力比边缘的要大;试件上的残余应力会随着循环载荷的加载进程逐渐减小;两种传感器具有监测复材试件残余应力的潜力。

前围板与前车架搭接结构的优化设计

文章针对整车耐久性路试中前围板与前车架搭接处前围板焊点开裂问题,通过对微车常见的前围板与前车架搭接结构进行研究,提出结构优化方案,经过CAE模拟校核及整车耐久路试验证,验证了方案的可靠性,有效保证了前围板与前车架的连接强度,同时对整车车身强度及功能安全起到至关重要的作用。

地震作用下高速公路桥隧搭接结构数值模拟分析

为了探明地震发生的情况下,桥隧搭接结构的防震性能,对桥隧相连的结构展开了振动台试验,并基于MIDAS-GTS/NX软件对试验结果进行了3D的数值模拟与分析。旨在探明多种不同工况下桥隧搭接结构受不同地震波影响后的稳定性。研究表明,在控制地震波的激震最大值相同的情况下,隧道衬砌处剪切应力的变化规律大体一致。但随着结构损伤程度的增加,剪应力变化规律不变,增长幅度增大。通过对比室内试验,验证了3D模拟结果的可靠性。

适应自动化夹取的巷道铺底板搭接结构研究

针对软岩巷道底鼓的问题,采用轻质高强铺底模块覆盖于巷道底板,以满足人员和车辆的运输要求。为便于自动化铺底设备机械爪夹取铺底板,设计了带有螺栓孔的铺底板,结合现场施工工艺,对卡扣式、U型、T型嵌套式搭接结构铺底板进行了分析,认为铺底板搭接处采用T型嵌套式结构较为可靠。结合液压支架搬运车工况,对该搭接结构进行了软件负载建模分析。