大型民机复合材料翼梁R区褶皱力学性能研究

翼梁是飞机主盒段结构的重要组成部件,在国际主流的大型民机中,翼梁采用T800级碳纤维复合材料制造;R区结构是翼梁的重要结构特征,其力学性能通常直接决定着翼梁产品的优劣。本文针对复合材料翼梁制造过程中存在的R区褶皱缺陷,制定R区褶皱缺陷定量化标定方法,通过曲梁四点弯试验测试方法,对含R区缺陷和不含R区缺陷的试验件进行测试,研究其R区力学性能差异,为翼梁R区结构设计和产品接收标准的制定提供数据支持。

大尺寸变截面翼梁的自动铺丝成型

机翼翼梁是飞机的主承力构件,为了保证其成型质量和生产效率,需要采用自动化成型方式进行翼梁构件的生产制造。本文对目前翼梁成型方法的应用及研究现状进行了介绍,根据大尺寸变截面翼梁(长度大于10 m)的结构特点,研究了复合材料翼梁的自动铺丝成型技术。以M.TORRES龙门铺丝机为铺放平台,提出了翼梁的自动铺丝成型要点,确定了各个角度铺层的轨迹规划方法,结合轨迹规划情况,给出了翼梁的铺丝成型轨迹完善处理方案。最后,通过大尺寸复合材料翼梁的自动铺丝成型制造,验证了轨迹规划方法和轨迹处理方案的可行性与正确性,为国内自动铺丝技术在大尺寸复合材料翼梁成型上的应用提供参考。

无人机翼梁接头的传力路径分析与多目标遗传算法优化

在构建的精细有限元模型基础上,开展了某型垂直起降固定翼无人机的关键连接件--翼梁接头的结构优化设计。为了外机翼拆装方便可靠,中央翼和外翼的前后梁采用耳片接头形式连接。通过对翼梁接头构建精细化的有限元模型,仿真计算时真实保留了结构的全部细节特征。利用有限元仿真软件对前梁接头进行了强度计算分析,找到了高应力危险区域。根据强度分析结果,结合传力路径分析和多目标遗传优化算法中的非支配排序遗传算法-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algo-rithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ),对结构进行了优化设计。分析结果表明,优化后的前梁接头最大应力显著降低,满足安全使用要求,前梁接头的刚度提高至原来1.5倍,优化效果显著。

预紧式八翼梁次镜支撑结构的动力学分析

为了增加大口径望远镜次镜支撑结构的抗扭转刚度,降低次镜支撑结构对主镜的遮拦,提出了采用预紧力八翼梁结构来取代原有的四翼梁结构。根据Euler-Bernoulli梁理论将次镜支撑结构简化为一个由质量点和简支梁组成的简化模型,并进一步将该模型简化为两个更为简单的动力学模型的组合。通过选取恰当的振型函数,使用Rayleigh和Dunkerley方法推导了简化模型的第一阶模态频率数值解,得到的计算结果与有限元仿真结果吻合得很好。针对预紧力的作用,理论推导了预紧力对这种结构第一阶模态值的影响,并使用有限元法对这种结构进行了模拟,两者得到的结果趋势相同,大小一致,从而证明该简化方法可以用于类似结构的动力学特性计算。仿真结果显示,当预紧力施加到20kN时,结构的第一阶模态值由11.6Hz上升到23Hz,大大提高了结构的抗扭转刚度,并有效减轻了次镜支撑结构的重量和遮拦比。该结论对于大口径望远镜次镜支撑的设计具有参考价值。

飞机翼梁结构强度可靠性灵敏度分析

将翼梁结构中的所有结构尺寸、载荷大小、材料参数都当作结构设计时确定的具体值,对飞机翼梁结构进行强度分析,由强度分析可知,翼梁上的应力分布以及最大应力位置,可校核翼梁结构是否满足强度设计要求;考虑翼梁上下缘条、腹板1～5、翼肋1～5等厚度尺寸,由于加工、设计公差等造成实际翼梁结构尺寸的分散性,将这12个厚度参数作为正态分布的基本变量,对翼梁结构强度进行可靠性分析,并对基本变量分布参数的灵敏度进行分析;采用不含交叉项的二次响应面法对翼梁结构的强度可靠度进行分析,得到基本变量均为正态分布时翼梁结构强度的可靠度;并对基本变量参数影响结构可靠度的灵敏度进行分析,发现影响翼梁可靠度的主要因素是:腹板1、腹板5和下缘条的厚度分布参数。

基于损伤容限设计思想的飞机整体翼梁优化设计

用有限元方法分析飞机整体翼梁结构的应力强度因子,用Walker公式计算裂纹扩展寿命。以结构裂纹扩展寿命最大为优化目标,以筋条的位置为优化变量,采用遗传算法对整体翼梁进行基于损伤容限设计思想的优化设计。通过具体算例,给出不同筋条截面积约束条件下筋条优化位置和整体翼梁最优寿命,为整体翼梁的结构设计提供参考和指导。

基于Sobol法的整体翼梁损伤容限设计参数灵敏度分析

针对飞机结构设计中设计变量灵敏度的问题,提出了基于Sobol法的全局灵敏度分析策略。以飞机整体翼梁结构损伤容限设计为例,设计变量为翼梁结构截面参数,应用支持向量机理论分别构造以截面参数为输入、应力强度因子和结构重量为响应的代理模型,结合Sobol法计算输入对响应的灵敏度大小,并对计算结果进行分析。分析结果表明:在对整体结构进行损伤容限优化设计时,可以将其设计变量由6个变为4个,灵敏度较小的2个设计变量可以设为一个定值。

飞机整体翼梁结构裂纹扩展试验与分析

对飞机整体翼梁结构进行裂纹扩展试验,应用ANSYS有限元软件对试验件结构进行裂尖应力强度因子分析,利用Paris公式对其进行寿命估算,研究飞机整体翼梁结构裂纹扩展的基本特征和规律,并进行试验与计算分析的对比。试验及分析结果可为飞机整体翼梁结构损伤容限设计及评定提供依据。

复合材料机翼翼梁的制造及应用概况

机翼翼梁是飞机的主承力结构,西方发达国家在成熟的碳纤维复合材料制造技术的基础上,已在多种先进飞机上采用全部由碳纤维复合材料制造的翼梁;而国内在这一方面的研究才起步不久,尚未形成完善实用的制造技术。本文简述了国外几种先进飞机的复合材料机翼翼梁的制造方法,并指出了这一领域的发展趋势,以作为我国未来复合材料机翼翼梁研制的参考。

整体翼梁结构断裂特性分析方法与研究

研究飞机机翼中整体翼梁结构的断裂特性,采用有限元素法计算不同结构参数应力强度因子,根据最大拉应力原理确定裂纹扩展轨迹,分析不同结构参数在裂纹增长中对断裂特性的影响,给出可供飞机整体翼梁损伤容限设计参考的计算结果和结论。

航空机翼翼梁的快速建模技术研究

针对航空机翼翼梁设计建模过程复杂,传统的三维软件不能解决其快速建模问题,利用CAA(Component Application Architecture)对CATIA进行二次开发,提出了一种机翼翼梁的快速建模方法。通过对机翼翼梁的种类划分、构件要素、参数化建模以及变型设计的封装,建立了机翼翼梁三维模型的快速设计模板,根据实际需求,拾取相应的建模构件要素,选择所需要的机翼翼梁,实现了快速建模。结果表明,机翼翼梁快速建模系统能够建立精确优质的三维模型,提高设计效率,为翼梁的仿真分析及制造提供了有力的保障。

整体翼梁止裂筋条对裂纹转折特性的影响分析

研究了飞机整体翼梁结构中止裂筋条对裂纹转折特性的影响。采用ABAQUS建立有限元模型,计算了应力强度因子和T应力,通过一阶最大切向应力理论和二阶最大切向应力理论预测裂纹转角,并与试验结果进行对比,发现二阶理论能够更准确地模拟裂尖靠近筋条时的急速转折现象;通过改变腹板厚度,讨论其对裂纹转折的影响。结果表明:筋条相对腹板刚度比越大,裂纹转角越大,对整体翼梁的止裂效果越好。

飞机整体翼梁结构断裂特性分析研究

研究飞机整体翼梁结构的损伤容限特性,采用ANSYS有限元分析软件,计算不同结构参数下应力强度因子,并根据最大拉应力理论确定裂纹扩展轨迹。分别讨论裂纹按照直线轨迹扩展和按照最大拉应力理论确定的轨迹扩展对应力强度因子的影响,并进行了分析比较。研究了整体翼梁结构腹板厚度及止裂筋条结构参数变化对应力强度因子及裂纹扩展轨迹的影响。

带止裂筋整体翼梁结构的破损安全分析与试验

为了研究带止裂筋整体翼梁结构的裂纹扩展特性,采用ANSYS有限元软件对裂纹尖端应力强度因子进行数值计算,对缩比试验件进行疲劳裂纹扩展试验,当裂纹扩展到止裂筋前时进行剩余强度试验。结果表明:在梁缘条和蒙皮断裂情况下,止裂筋能够降低梁腹板上的应力强度因子幅值,对裂纹扩展起到拟制作用,其能够承担较大的静载荷从而实现破损安全设计,但是用止裂筋阻止疲劳裂纹扩展的效果并不显著;与梁弯曲产生的正应力相比,腹板上的剪应力不足以驱动Ⅱ型裂纹扩展。

基于PCL的带开孔翼梁腹板参数化建模和分析

针对带开孔翼梁腹板的结构稳定性,利用PCL编写带开孔的复合材料翼梁结构的参数化建模程序,分析2种开孔位置对结构稳定性的影响.结果表明圆形开孔与翼梁根部的距离以及水滴形孔与圆形开孔的距离对结构稳定性影响明显:屈曲因子随圆形开孔离翼梁根部距离的增大先增大、后减小;屈曲因子随着水滴形孔与圆形孔距离的增大而单调减小;水滴形孔与下壁板的距离对结构稳定性影响不大.在保证结构稳定性和最大应变小于设计值的前提下,确定水滴形孔与下壁板之间的最小距离.

基于翼梁结构的无损检测数据融合技术

无损检测是航空维修中使用的最重要手段之一,也是提高航空安全的有效途径之一,而数据融合是提高无损检测准确性的一种有效方法。在介绍数据融合技术的基础上,分析了多种数据融合方法及其优缺点,并以飞机机翼主梁为例,对利用模糊逻辑法给出的无损检测数据融合处理结果进行了分析。

无人机机翼主翼梁三维有限元分析及试验研究

建立了某无人机主翼梁的三维有限元模型,应用多点约束模拟主翼梁外梁和中梁的连接,基于ANSYS软件,计算得到主翼梁应力分布和变形量,并与试验结果进行对比,吻合较好;分析结果表明:主翼梁强度满足设计要求,最大应力位于外梁和中梁的对接区周围,并且在此区域存在一个高应力梯度区域,该分析结果为机翼及主翼梁的优化设计提供了理论依据;这种有限元分析与试验验证相结合的思路,可为无人机(UAV)其他结构分析提供借鉴。

∏形宽翼梁轴向受压时有效宽度研究

明确定义∏形宽翼梁轴向受压时有效宽度与桥面板宽度之比,称之为有效宽度比,并给出其计算公式。选取n次抛物线的剪滞翘曲位移模式,基于能量变分原理,建立∏形宽翼梁轴向受压时考虑剪力滞效应的平衡控制微分方程,推导了微分方程的解及主梁横截面上任意点的应力、有效宽度和有效宽度比的计算公式。用一模型算例验证该文理论及公式的正确性,并对有效宽度及有效宽度比的影响因素作了较全面研究。

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。

整体翼梁支柱刚度对腹板稳定性的影响研究

整体翼梁支柱通常用来提高腹板剪切稳定性,支柱的强弱直接关系梁的初始剪切屈曲临界应力。为研究支柱刚度与梁腹板稳定性的关系,设计了4组不同参数的整体翼梁腹板剪切稳定性试验,通过试验与理论计算的对比分析,给出了一种可靠的整体翼梁支柱刚度计算方法,为整体翼梁设计及强度分析提供参考和指导。