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。

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。

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。

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。

中机身蒙皮骨架变曲率截面桁条滚弯精确成形工艺研究

为解决C919国产大飞机蒙皮骨架非对称截面桁条的精确成形难题,基于2形及L形型材的2099–T3和T83铝锂合金性能测试评价,获得材料的本构模型和回弹规律。同时提出一种分段式等曲率渐近滚弯新工艺,结合滚弯成形理论分析计算,建立等曲率四轴滚弯有限元模型,并分析了两种型材的滚弯回弹及曲率半径影响因素,模拟结果确定了非对称截面型材的合理滚弯成形工艺参数为:型材与滚轮摩擦系数为0.10~0.12,型材和滚轮之间间隙为0.2 mm,2形型材和L形型材滚弯的左右滚轮极限抬升高度分别为43 mm和30 mm。最终采用分段等曲率渐近滚弯的方法,通过MC4P431IAS数控滚弯机成功生产出合格的变曲率型材,最大间隙值为0.76 mm,成功验证了变曲率滚弯成形方案的可行性和准确性。目前,该研究成果已成功应用于C919中机身蒙皮骨架长桁的滚弯成形生产中。

全复材机翼桁条的结构布局和尺寸对刚度的影响分析

利用薄壁结构力学剖面计算的理论，通过计算获得全复合材料机翼的扭转和弯曲刚度及刚心位置，并进一步研究了桁条的结构布局对机翼整体结构刚度的影响。结果表明：机翼的剖面刚度随桁条的尺寸和分布的变化而改变，桁条最佳间距为130-150mm。该内容的研究为复合材料飞机机翼结构设计和气动弹性分析提供了重要依据。

飞机桁条快速设计技术研究

飞机桁条传统设计方法采用人工查阅桁条手册并根据参数手工操作CATIA完成桁条建模,该方法存在查表效率低、建模效率低、容易出错等问题。基于桁条数据库提出了一种新的三维桁条模型快速生成的方法。该方法以CAA为基础,以CATIA为平台,Visual C++为编程工具,可以自动、高效、准确地进行设计,缩短了飞机研制周期中用于查询手册,绘制草图等简单劳动的时间,提高了工作效率,为飞机设计部门在桁条快速设计方面实现自动化提供了帮助,同时该方法可以推广到飞机梁等其他零件的快速设计。

基于序列径向基函数的运载火箭蒙皮桁条结构轻质优化

以我国大型运载火箭薄壁加筋结构轻量化设计为研究背景,针对轴压下大直径大载荷蒙皮桁条结构开展后屈曲轻质优化研究。基于Python语言建立蒙皮桁条结构参数化模型,为确定结构的极限承载能力,开展蒙皮桁条结构后屈曲分析。针对蒙皮桁条结构轻质优化涉及离散的拓扑和连续的尺寸优化问题,提出基于近似模型和组合优化算法的序列近似优化方法,并利用近似最优解加速算法收敛,确定蒙皮桁条结构最优设计方案。工程算例结果表明,所提序列近似优化方法使大直径大载荷运载火箭蒙皮桁条结构减重效果明显,验证了方法的有效性。

飞行器桁条装配在线检测及自适应调整系统

一般飞行器的桁条尺寸较长,刚性较差。为了减小飞行器桁条在装配过程中出现的局部变形,主要针对桁条关键部位设计加装了检测调整机构,机构中采用测距传感器进行检测,通过自适应调整系统进行偏差量的补偿,减少了装配过程中的变形量。经过分析可知,应用检测调整系统可以有效地减小气动外形的影响,使关键点定位更加精确。同时可以大大减少劳动量,提高效率;而且实现了在线检测和调整同步进行,调高了装配的最终质量(精度、应力)。

基于Kriging代理模型的大直径运载火箭蒙皮桁条结构分步优化方法研究

针对大直径运载火箭结构轻质优化设计,开展轴压作用下的蒙皮桁条结构优化方法研究。首先采用显式非线性动力学算法进行静稳定性分析,获得蒙皮桁条结构的后屈曲失稳路径;然后根据蒙皮桁条结构特点,基于Kriging代理模型和组合优化算法的分步优化策略;最后针对中间框和不同截面形式的桁条开展参数优化研究,确立了蒙皮桁条结构最优设计方案。结果表明:“Π”型桁条的承载效率较高,最终优化结果对大型蒙皮桁条结构减重效果明显。

T型桁条成型工艺过程探究及其质量控制措施

简介了T型桁条的成型工艺方案以及成型模具的设计要求,针对T型桁条在成型过程中存在扭曲变形问题的原因进行了分析探究。进而在桁条制备工艺过程中采取预浸料质量控制、预浸料铺叠质量控制、三角区域质量控制以及固化参数的控制等相应质量控制措施,提高了产品的合格率。

推广的铆钉力法解对接桁条加劲板的应力强度因子

本文通过两类带有对接桁条加劲板应力强度因子的求解,说明推广的铆钉力法及其应用,侧重地讨论了用Pars位移公式确定不规则含裂纹构件位移场的具体步骤。文中给出了两个实际算例的计算曲线,这一结果趋势合理,精度满足工程要求,可直接为工程应用服务。

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。

基于可编程位控单元的桁条点焊柔性控制系统

介绍了可编程位控单元在板芯金属桁条自动点焊生产中的应用,就点焊系统控制原理、硬件实现及专用软件设计进行了分析说明。实际运行证明,点焊控制系统可完成多品种芯板金属桁条点焊的柔性自动加工,能满足控制要求,提高了点焊设备自动化水平,提高了生产效率和经济效益,降低了操作者劳动强度,同时为闲置控制设备的再开发利用进行了有益的尝试。

复合材料支承舱桁条先进拉挤技术研究

为了提高产品的成型效率、降低产品的制造成本,采用先进拉挤技术制备支承舱桁条。针对桁条产品的结构特点,设计了相应的成型装置,进行了成型工艺方案制定与工艺试验,并对产品本体取样进行测试。结果表明:采用先进拉挤技术代替传统工艺制备支承舱桁条能够明显提高产品成型效率,并能够满足指标要求;通过预处理工艺,能够明显改善产品表观质量。

航天用铝合金桁条焊接角变形规律研究

对不同厚度的5A06铝合金桁条焊后角变形进行了测量,并对其角变形变化规律进行了分析和总结,找出了影响桁条焊接角变形变化的关键因素,建立了桁条组件参数与焊前预置夹角关系数据库,用于指导实际工程生产。结果表明,桁条组件参数与焊前预置夹角关系数据库可有效指导桁条的加工和桁条组件的焊接。

桁条弯形设计研究

根据保护筒桁条的结构特点,针对现有折弯模头规格尺寸无法满足生产需求,且采买周期长、成本高等问题,进行了桁条弯形设计研究。从参数确定、干涉检验、强度校核方面考虑,进行保护筒桁条折弯模头设计,通过反复调整设计参数、分析计算、仿真模拟,对模头结构尺寸进行优化。试模结果表明该设计合理可行,能够满足装备生产需求,为折弯件模头设计提供了有价值的参考。

电弧增材制造2319铝合金交叉桁条结构微观组织与拉伸性能研究

电弧增材制造具有材料利用率高、制造效率高、制造成本低等优势,适合制造大型复杂航空薄壁构件。目前,交叉桁条结构电弧增材制造的路径规划、成形形貌控制、组织性能差异性等方面缺乏系统研究。针对交叉桁条结构提出了一种新的分层切片及路径规划方法,解决了桁条交叉区域余高过大导致的制造精度不足问题。开展了电弧增材制造2319铝合金交叉桁条不同区域的晶粒形态、元素分布、拉伸性能、断口形貌等检测与分析,结果表明,电弧增材制造2319铝合金交叉桁条结构不同区域的晶粒形态及尺寸呈现明显差异,致使桁条顶部的平均抗拉强度值与中部、底部相比高出20%左右。在拉伸断口的韧窝中存在大量θ(Al_(2)Cu)颗粒相,该非共格析出相增大了晶格畸变能并且提升位错阻力,使晶体滑移难以进行,最终材料的强度显著提高。

5A90 Al-Li合金桁条电流自阻加热成形技术

Al-Li合金具有密度低、比强度高等优点,是实现飞行器结构减重的理想材料,在航天航空领域显示出了广阔的应用前景。先进的电加热成形技术是提高轻质合金成形性能的有效手段。通过高温拉伸实验研究了5A90 Al-Li合金的成形性能,确定了5A90 Al-Li合金的最佳成形温度为340℃。通过电流自阻加热升温实验,得到了加热5A90 Al-Li合金板材合适的电流密度为10 A·mm^(-2)。针对5A90 Al-Li合金室温成形性能差的问题,设计并制造了5A90 Al-Li合金桁条电流自阻加热成形装置,在此装置上进行了5A90 Al-Li合金桁条的电加热成形实验,得到了符合要求的桁条零件,并分析了温度、润滑条件等对成形质量的影响。这种新型的板材电流自阻加热成形工艺及装备具有较大的实际应用价值。