新一代机身壁板压剪载荷试验台结构设计

针对传统机身壁板压剪试验台加载空间为固定尺寸的问题,设计一种新一代机身壁板压剪载荷试验台。它可以根据机身壁板长度调节加载空间,适用于不同长度机身壁板压缩载荷+剪切载荷试验。介绍试验台设计方案,提出试验台核心功能的关键机构设计方法;对试验台进行了功能调试,各关键机构功能正常,满足使用要求。利用试验台对试验假件进行模拟加载,加载过程线性度良好,证明试验台载荷施加方法合理;试验假件应变分布均匀度良好,证明试验台精度满足要求。

冲击载荷作用下机身壁板破坏效应及结构优化

研究非包容抗爆结构约束下,冲击波和端头两种冲击载荷对机身壁板的破坏效应。以定向非包容抗爆结构冲击位置处机身壁板为研究对象,通过有限元数值模拟,分析了在非包容抗爆结构约束下冲击波和端头两种载荷作用于不同位置时,机身壁板的破坏模式和程度,并以限制机身壁板破坏范围为目的,对冲击位置处机身壁板进行了结构优化。结果表明:在冲击波作用下机身壁板的主要破坏模式为蒙皮剪切冲塞、沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂,在端头作用下则为蒙皮沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂;冲击位置对端头载荷作用下机身壁板的破坏程度影响较冲击波明显;端头冲击筋条位置对机身壁板的整体破坏程度较小,为较优的冲击方案;垂直加筋对两种冲击模式下机身壁板的破口扩展均有明显约束效果,但对端头作用下的约束效果更佳,端头冲击筋间或筋条位置时,增加垂直加筋壁板损伤面积分别减小了56%和39%。研究结果可为民机用非包容抗爆容器结构设计及冲击位置处机身壁板结构设计提供指导。

自动铺丝技术在飞机整体机身壁板上的应用研究

飞机中的复合材料用量已经成为衡量飞机先进性的重要指标之一。随着飞机吨位的增大、复合材料制造技术的快速发展,飞机复材制件向着大型化、整体化、自动化的方向迈进,依靠传统的手工铺贴方式已难以满足零件日益增长的技术、质量需求。本文论述了当前复合材料构件纤维自动铺丝技术制造现状及发展前景,并对复合材料构件自动铺丝技术在某型号飞机整体机身壁板零件上的应用情况进行了具体介绍。根据整体机身桶段的结构特点,分析了各个角度的轨迹规划方法,并对轨迹的工艺性和方向性进行了研究。通过有限元模拟与铺放实验确定了铺丝工艺参数,最终实现了整体机身桶段蒙皮的铺丝成型。

机身壁板复杂载荷解耦方法研究

本文介绍了一种可以将复杂载荷解耦为试验平台可以施加的基准载荷的方法。首先,在机身壁板考核区构造一个原始应变分量与组合载荷应变分量的残差函数,该函数以各基准载荷施加比例为自变量,通过使该函数值的平方和最小,将问题转化为无约束非线性规划问题,然后用fminunc函数求解该问题,最后得到各基准载荷的施加比例,从而可以得到解耦的试验载荷。

随动式机身壁板联合载荷试验装置

机身壁板联合载荷试验装置是大型飞机结构强度研究的重要内容,基于机身壁板结构特点及其承力特性,给出了一套随动式机身壁板联合载荷试验装置。该装置采用载荷分离技术、压心随动加载技术、拉伸/压缩平动加载技术、加载框架自平衡技术、随动扣重技术等5项技术,实现了机身壁板400t级、11种工况载荷施加。该试验装置已应用于某型民机机身壁板剪切承力特性研究,可满足我国大型飞机的研制需求。

一种机身壁板复合加载试验的载荷计算方案

机身壁板的受力状态十分复杂,而试验平台只能施加拉伸/压缩载荷、剪切载荷、气密载荷等基准载荷及其组合形式。本文介绍了一种机身壁板复合加载试验的载荷计算方案,首先计算出各基准载荷的施加比例,按照该比例将各基准载荷组合起来,然后进行组合载荷作用下的有限元分析,并与原始有限元分析结果进行对比,最终得到长桁的轴力基本一致,且各应变分量的误差都在5%以内,表明该载荷计算方案可以用来确定机身壁板复合加载试验的载荷。

2E12铝合金机身壁板损伤容限分析与试验验证

2E12为国产新研铝合金材料,拟用于飞机机身蒙皮结构。损伤容限特性是该材料应用于型号的关键指标之一。按损伤容限设计要求,本文设计了3组典型的机身壁板结构试验件,包含了单跨裂纹、双跨裂纹和裂纹修理3种情况,首先完成了裂纹扩展和剩余强度数值分析,随后进行了验证试验,同时与2024铝合金试验件进行了对比分析和试验。研究结果表明:新研2E12铝合金材料损伤容限性能较好,能够满足型号设计要求;相对于单裂纹扩展,多裂纹的存在显著提高了裂纹扩展速率,多裂纹的总寿命缩短约为30%;裂纹扩展分析结果与试验结果误差小于10%;各试验件剩余强度结果一致性很好,分析结果与试验结果的差别约为2.3%。

机身壁板内压剪切联合加载试验研究

机身壁板联合加载试验技术是飞机结构强度研究的重要内容,为揭示内压剪切联合载荷作用下机身壁板承力特性,采用D夹具模拟机身壁板边界条件,通过充气的方式施加内压载荷,通过扭转单闭室盒段的方式施加剪切载荷,并完成了内压试验、剪切试验和内压剪切联合试验。试验实测应力与理论结果吻合良好,试验显示内压剪切联合试验机身壁板蒙皮的应力水平和应力分布是内压试验和剪切试验机身壁板蒙皮应力水平和应力分布的叠加。但由于内压载荷作用下机身壁板外法线方向变形和剪切载荷作用下机身壁板内法线方向变形的叠加,导致内压剪切联合试验中蒙皮的实测应力与理论应力的误差较单独载荷试验的误差增大,应力分布精密度也变差。

飞机机身壁板复合材料成型模具的刚度优化设计分析

复合材料在飞机上的应用比较广泛,随着飞机制造技术的不断发展,对于复合材料结构的制造精度也开始提出了更高的要求,模具是复合材料成型的重要工具,其刚度对于飞机机身壁板复合材料成型具有一定价值与意义。本文通过对相关文献进行查阅,以固定在卧式铺丝机两端进行铺丝作业的机身壁板模具为研究对象,对其刚度进行优化设计,其具体思路为,对型面厚度、赋型筋板厚度、隔框数量这几个影响因素进行分析与优化,最终取得了一定成果,即在提升刚度的基础上保证了模具的轻量化。希望本文的研究内容能够为飞机机身结构优化设计提供一定理论支持。

含纵向裂纹机身壁板损伤容限性能试验与分析

对民用飞机含纵向裂纹机身加筋壁板在增压和轴向拉伸联合载荷作用下进行损伤容限试验和数值仿真分析。通过试验深入研究了机身壁板的裂纹扩展规律和剩余强度特性,借助Ansys有限元软件计算了不同裂纹长度下的应力强度因子,对裂纹扩展寿命进行了预测,基于线弹性断裂力学给出了剩余强度特征曲线,并进行了试验结果和计算分析的对比。研究结果表明:数值分析与试验结果吻合良好,可为机身壁板损伤容限设计及评定提供依据。

国产客机机身壁板搅拌摩擦焊工艺研究

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)技术以其可靠、绿色、高效的特点,在飞机铝合金壁板结构件连接中具有独特的优势和广阔的应用前景,为国产大型客机的安全使用、高效生产、环境保护提供了崭新的技术选择.铝锂合金具有密度低、比强度高、耐腐等优点,应用于机身壁板制造时,结构件可减重约10％.目前,第三代铝锂合金(如AlLiS4等)很有可能取代现用的2XXX系和7XXX系列铝合金成为国产客机使用材料.客机机身壁板结构通常是"Z"或"L"形长桁与蒙皮铆钉连接结构形式,但是铆钉连接工序复杂,生产效率很低,受操作工人经验影响较大.

复合材料机身壁板机械连接的强度分析与验证

为了验证复合材料机身壁板机械连接设计及分析方法的合理性,设计了复合材料壁板纵向对缝连接零组件试验,并分别利用工程经验公式和有限元建模方法对试验件进行了强度分析。试验结果表明,复合材料壁板机械连接设计满足限制载荷和极限载荷设计要求,理论应变分布与试验应变分布一致,机械连接处紧固件传载比例与工程经验方法吻合,实际破坏载荷高于理论分析所预测的破坏载荷,表明强度分析方法合理且保守。

机身壁板复合加载试验平台研发

介绍了一种用于大型机身壁板复合载荷加载的试验平台,该试验平台能够施加拉伸/压缩、剪切、气密载荷及复合载荷,可进行壁板的静强度或疲劳试验,并且拉-剪比或压-剪比可以是任意比例。通过巧妙的设计,将各载荷加载系统分离,解决了复合加载时,载荷间相互干涉的难题。

基于工艺优化的机身壁板自动钻铆预装配柔性工装设计

为降低机身壁板自动钻铆前的定位误差,设计一套适用于自动钻铆的机身壁板预装配工装。对机身壁板的预装配工装进行柔性化和模块化设计,使机身壁板的预装配工装满足不同型号机身壁板预装配工作要求,并适用于机身壁板的自动钻铆工作。应用遗传算法优化预装配工装小围框的各梁截面尺寸,以减轻小围框的质量,减轻自动钻铆机托架的承载质量。在完成机身壁板预装配后,可以将预装配工装整体安装在自动钻铆机的托架上,避免二次定位环节,提高机身壁板的加工效率与质量。

机身壁板复合载荷试验技术研究进展

依据机身壁板的结构形式,阐述了机身壁板结构受力特点,总结了机身壁板强度试验的关键技术。通过国外及国内机身壁板强度试验技术发展现状的介绍,给出了机身壁板试验技术研究方向及建议,为后续壁板试验技术的改进提供参考。

自动钻铆技术在机身壁板上的应用

机身壁板是飞机的重要组成部件,机身壁板的装配工艺直接影响着飞机的气动性,以及飞机寿命。本文对自动钻铆技术在机身壁板上的应用过程进行了简要分析。首先,对机身壁板的装配工艺进行了研究,之后对自动钻铆机的结构与工作原理进行了分析,并对面向自动钻铆机的柔性工装进行设计;最后,对钻铆过程中的在线测量技术进行分析,并对机身壁板的自动钻铆过程进行了仿真。

弯曲载荷下机身壁板结构快速优化设计方法

给出了机身结构在弯曲载荷作用下,机身壁板尺寸参数确定的原则和方法。通过对机身典型剖面结构形式的简化,得到了机身尺寸参数与壁板应力之间的关系表达式,根据强度控制原则,对壁板结构进行了优化迭代,得到了满足要求的壁板尺寸参数,并与有限元应力分析进行对比。结果表明,所推导的机身壁板应力与有限元分析得到的应力结果吻合较好。该方法可实现机身壁板结构快速优化,对初期结构设计具有指导意义。

机身壁板双向拉伸试验技术研究

为了进行机身壁板的双向拉伸试验,设计了一种曲梁及连接构件将单向载荷分解为双向载荷,在单向拉伸试验机上实现了双向拉伸加载的试验,并用理论分析和验证试验两种手段对试验装置的有效性进行了评估。评估结果表明,试验装置的加载误差满足工程要求。该试验装置简单,可实现多种载荷比加载,疲劳加载频率较快。

某型飞机机身壁板鼓胀效应研究

本文介绍了国外机身壁板鼓胀效应研究的理论背景,在国内首次提出了一种新的基于有限元计算的机身壁板鼓胀效应研究方法。通过ANSYS建立有限元模型,模拟了某型飞机机身壁板框间裂纹,框下裂纹(框完好)和框下裂纹(框断开)3种情况下的鼓胀效应。通过对ANSYS软件进行二次开发,计算了这三种情况不同裂纹长度组合下的应力强度因子,并与平板理论解进行了对比分析。

机身壁板内压载荷试验研究

内压载荷是一种非常重要的重复性载荷,对机身结构疲劳和损伤容限特性产生很大影响。承受内压载荷机身壁板边界模拟困难,边界模拟的优劣决定试验件过渡区范围的大小,甚至影响试验区的应力分布和大小。为了获得承受内压载荷机身壁板更加真实的应力响应,给出一种机身壁板内压载荷试验新方法,该方法采用"D"型夹具模拟机身筒段直边结构,采用"弓"型夹具模拟机身筒段曲边结构,采用气密端板模拟机身筒段的端部结构;按照边界模拟要求,设计制造试验装置和试验件,并完成内压载荷试验。结果表明:试验件试验区蒙皮的周向应力、纵向应力明显高于过渡区蒙皮周向应力、纵向应力;试验区蒙皮周向应力、纵向应力和法向位移与理论计算结果吻合,该试验方法满足工程精度要求;该研究可为民机机身壁板内压载荷结构选型试验提供参考。