缎纹编织复合材料紧固件拉拔试验及数值模拟

缎纹编织复合材料紧固件中螺牙细节尺寸已达到细观尺度量级,若在数值模拟过程中对于螺牙采用统一的材料属性,则不能准确地模拟其真实失效模式。针对此问题,建立的紧固件螺牙有限元模型是由若干层简化缎纹编织复合材料细观结构代表体积单元堆叠而成,如此模型可包含必要的纤维分区和基体分区。对螺牙模型进行拉拔试验模拟,并基于各组分材料的失效判据,实现对紧固件破坏载荷的预报。完成了缎纹编织碳/碳复合材料单螺牙紧固件拉拔试验。模拟失效模式与真实失效模式吻合良好,二者破坏载荷误差为5.17%,验证了有限元模型的合理性。     

改进的耐久性分析裂纹萌生方法研究

针对耐久性分析裂纹萌生方法所存在的影响其工程应用效果的3个重要问题,加以研究和改进.在结构使用载荷谱下进行一组模拟试件的耐久性试验;依据裂纹萌生寿命试验数据,用计算反推法确定结构细节裂纹萌生p-s-N曲线三参数式的参数c_p;分析了对数裂纹萌生寿命标准差对经济寿命的重要影响,取该标准差值为飞机结构对数疲劳寿命的常用标准差值0.176~0.2,从而建立了能够准确预测结构经济寿命的改进的耐久性裂纹萌生方法.这种方法已在我国多种飞机结构的耐久性评定中得到成功的应用.     

改进的耐久性分析裂纹萌生方法研究

针对耐久性分析裂纹萌生方法所存在的影响其工程应用效果的 3个重要问题 ,加以研究和改进 .在结构使用载荷谱下进行一组模拟试件的耐久性试验 ;依据裂纹萌生寿命试验数据 ,用计算反推法确定结构细节裂纹萌生p s N曲线三参数式的参数cp;分析了对数裂纹萌生寿命标准差对经济寿命的重要影响 ,取该标准差值为飞机结构对数疲劳寿命的常用标准差值 0 .1 76～ 0 .2 ,从而建立了能够准确预测结构经济寿命的改进的耐久性裂纹萌生方法 .这种方法已在我国多种飞机结构的耐久性评定中得到成功的应用     

变更载荷谱情况下的耐久性分析技术与应用

针对全尺寸飞机结构疲劳(耐久性)试验过程中更改载荷谱情况下对全尺寸结构疲劳试验机(单机)进行耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法和改进的裂纹萌生方法,提出了综合不同谱下耐久性试验数据集确定描述结构细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布的方法,给出了载荷谱变更情况下计算各应力区裂纹超越概率的损伤累加方法,从而建立了能够准确预测载荷谱变更情况下结构经济寿命的耐久性评定方法.这种方法已成功应用于某型飞机结构全尺寸试验中更改载荷谱情况的耐久性评定,有着重要的工程应用价值.      

航空发动机机匣损伤容限评估及剩余寿命预测

使用有限元的方法,建立了某航空发动机机匣安装座处局部模型,计算得到了不同尺寸裂纹的应力强度因子的形状因子Y.基于BS7910评定方法,利用失效评估图(FAD,Failure Assessment Diagram)确定了机匣安装座结构在工作应力下的可接受裂纹尺寸为84.8 mm,结构的剩余强度随裂纹尺寸的增加而显著降低,焊缝较母材具有更低的损伤容限和剩余强度.使用缩小宽度模拟验证件模拟工作状态载荷进行了验证试验,当裂纹尺寸与试样宽度比值较小时,与模拟验证件的评估结果基本吻合.根据Paris公式,构件在工作应力下的剩余寿命为74 238周次.      

旋转对称结构零部件时变可靠性模型

分析了旋转对称结构零部件的失效特点以及对称单元数对零部件可靠性的影响,建立了能体现对称单元数的旋转对称结构零部件强度概率密度函数和累积分布函数.分别以随机载荷作用次数和时间为寿命度量指标,建立了随机载荷作用下能够全面体现载荷、强度、对称单元数、寿命指标等参数影响的旋转对称结构零部件时变可靠性模型与失效率计算模型.研究表明:在强度不退化的情况下,旋转对称结构零部件的可靠度也会随着寿命指标(载荷作用次数或时间)逐渐降低,失效率随寿命指标逐渐减小.对于具有相同对称单元的旋转对称结构零部件,随着对称单元数的增加,零部件可靠度会降低且失效率会增大.     

机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法

为采用裂纹萌生方法(CIA)进行机群结构耐久性分析,需要综合考虑载荷谱分散和结构特性分散,但是关于综合考虑结构特性和载荷谱分散的机群寿命标准差取值应如何确定并未给出明确的方法。为此,进行了某飞机某关键结构7B04 T74铝合金模拟试件在3个单机谱下的耐久性试验,通过断口判读确定试件裂纹萌生寿命,反推得到结构细节的三参数式P-S-N曲线参数,对比分析表明载荷谱差异对P-S-N曲线参数无影响。为描述机群载荷谱分散的影响,提出了机群"当量"P-S-N曲线的概念和参数估计方法。采用疲劳分析方法确定细节裂纹超越概率,对损伤度进行评估,建立了综合考虑结构特性分散和载荷谱分散的CIA。      

基于不同寿命分布的DFR值换算关系

由于使用要求、载荷情况、结构型式与寿命可靠性要求等方面的显著区别,军机结构细节疲劳额定值(DFR,Detail Fatigue Rating)的定义有别于民机结构,主要体现在寿命分布假设与基本可靠性要求的不同以及基本结构的差异上.通过构件疲劳额定系数修正基本结构细节数的差别,假定采用对数正态分布与威布尔分布估计同一结构的中值寿命得到的估计值相同,从而导出了基于不同寿命分布的DFR值换算关系,给出了换算关系取决于DFR基准值与材料类别的结论.为军机结构耐久性设计提供了一种通过民机相似结构DFR值换算确定军机DFR值的方法,最后通过算例进行了验证.      

多机理下的卫星寿命预测方法与应用

针对卫星寿命预测的需求和以往方法未考虑突发故障及退化失效的不足,提出了综合多种机理进行寿命预测的方法。归纳了星上产品的寿命特征和卫星到寿原因,指出了卫星随机失效的分布特征;针对随机失效,建立随单星工作时间和系统结构变化的剩余寿命预测模型,给出了利用动态的在轨工作状态数据求解多阶段分布参数的算法,从而实现剩余寿命的动态分析;综合随机失效、退化、消耗及其在轨变化规律,提出了适用于多机理的、竞争性的寿命预测方法。案例分析表明,综合考虑突发故障、退化失效和消耗,可以得到更合理的寿命预测结果,在星座维持策略中提高备份星计划的可信性。     

丁腈橡胶磨损失效机制及其表面碳薄膜改性技术

针对航天伺服机构密封件因磨损失效导致的泄漏难题,分析了大气及氮气环境下丁腈橡胶磨损失效机制。在此基础上,提出了其表面硬质类金刚石碳薄膜（DLC）改性技术,分析了改性后丁腈橡胶密封实件综合性能。结果表明：大气环境、恒定载荷（小载低速）条件下,丁腈橡胶主要以分层剥落方式磨损（疲劳磨损）。随着摩擦速度（或载荷）增大,其磨损失效主要表现为粘着磨损。对于氮气环境,氮气能够有效避免摩擦界面氧化作用,即降低了粘着磨损效应;此外,改性后橡胶密封实件在机械性能、质密性和密封性等方面较原始密封件未发生明显变化。经过4000次台架磨合试验后,油端密封圈表面光洁,无异常磨损;气端密封圈表面存在轻微磨损,能够满足使用要求。     

小卫星非常规动力学分析与控制

针对小卫星研制中出现的一些非常规动力学问题进行研究,并提出解决办法。针对小卫星组件最大冲击谱量级超出常规冲击试验规范谱的分析与验证困难,通过研究提出了能够分析评估组件高量级冲击的方法。针对小卫星随机振动下强度设计方法还存在较大误差,分析了系统模态质量比与模态频率在一定频段的影响规律,认为忽略模态质量耦合会带来误差,提出了考虑模态质量耦合的准静态载荷计算方法。最后,针对小卫星整星开展了减振研究,分析了正弦和随机减振效果,对于对称安装减振系统,提出了减振系统的主频率计算公式。     

基于双向拉伸的热环境铝合金性能获取和分析

板材成形加工时通常承受复杂载荷,一般采用单拉试验获取材料性能,由于材料变形时仅承受单向载荷,与实际情况差距较大。为获取更加真实的复杂加载时材料性能,通过十字形试件双向拉伸试验,研究了热环境双向变比例加载时AA6016铝合金材料力学性能和变形行为,包括优化设计十字形试件、相关试验方法和设备以及结果分析等。在25、150和250℃温度下进行了拉伸速率比例为1:1、3:2、2:3、1:3和3:1的双向拉伸试验和单向拉伸试验,得到了不同拉伸速率比例和温度下的应力应变关系、屈服规律和各向异性,建立了屈服准则,并且通过与试验结果对比,讨论分析了几个典型屈服准则及其适用性。      

金属橡胶颗粒静态特性试验

针对目前航空航天领域板壳结构较多,其模态成分密集、振动复杂等问题,提出了一种可用于各种复杂结构振动抑制的新型金属橡胶构件——金属橡胶颗粒.为了解及掌握这种新型金属橡胶构件的性能和设计规律,开展了有关金属橡胶颗粒的静态性能试验研究.通过试验测量了金属橡胶颗粒的静态迟滞回线,获得了金属橡胶颗粒的刚度和阻尼的范围.通过对比不同参数下的刚度和阻尼的试验结果,总结材料参数(丝材、螺旋卷和相对密度)和工艺参数(变形量和安装密度)等对金属橡胶颗粒的刚度特性和阻尼性能的影响规律.金属橡胶颗粒静态特性试验研究为金属橡胶颗粒的设计和工程应用奠定了基础.     

湿/热/力耦合条件下复合材料结构渐进损伤仿真

发展了湿/热/静力耦合条件下复合材料结构渐进损伤仿真方法,考虑复合材料力学性能的随机分布特性建立有限元模型,改进了湿热条件下复合材料本构关系,以Hashin准则、最大应力准则作为失效判据,完整仿真了不同湿热条件、不同载荷类型作用下复合材料开孔层合板从损伤起始至最终失效的损伤演化全过程,极限强度预测结果与相应试验结果的误差在10%以内,验证了仿真分析方法的有效性.湿热效应对损伤起始和演化的影响表明:由于湿热条件作用,相对于室温干态而言,复合材料开孔层合板的损伤起始的时间提前、所需载荷降低,极限强度和极限应变减小.     

聚合物基复合材料凸头螺栓连接研究进展

机械连接是聚合物基复合材料最典型的连接方式,因其在连接工艺性和可靠性方面的优势,使其在航空航天制造领域得到了广泛应用。对凸头螺栓连接聚合物基复合材料接头的研究进展进行综述。回顾了复合材料接头的机械连接形式,讨论了在拉伸加载下的失效过程,详细论述了复合材料接头的损伤模式;重点讨论了复合材料接头力学性能影响因素的研究进展,包括复合材料性能（纤维类型、增强体结构形式、纤维与金属混杂层板、铺层角度及比例、固化工艺、初始材料缺陷）、紧固件性能（紧固件刚度、钉头型式、螺栓直径、螺纹密封、间隙配合、干涉配合、紧固件缺失）、连接板性能、侧向约束（拧紧力矩、预紧面积、补偿垫片、接触面摩擦因素）、几何效应（复合材料板尺寸、板厚与孔直径比、层合板宽度与孔直径比、孔端距与孔直径比、螺孔形状、螺孔质量、螺孔位置误差）、载荷（静载荷、动态载荷、疲劳载荷、蠕变、松弛、温湿载荷）等;对聚合物基复合材料凸头螺栓连接的未来研究方向进行了展望。     

数字闭环光纤陀螺振动误差分析

光纤陀螺的振动误差直接影响其使用精度.为解决振动问题,分析了陀螺振动特性的主要误差源.推导了闭环光纤陀螺光功率和输出关系的表达式,得出了光纤缺陷以及光纤、器件尾纤受振动产生寄生应力导致传输光偏振性能和光强变化是引起振动误差的根本原因的结论;对陀螺振动性能受结构谐振的影响进行了有限元分析和试验验证;提出了改善光纤陀螺振动性能的具体措施,包括光纤环及尾纤固化工艺、优化结构设计以及改进闭环控制.结果表明,经改进后的陀螺,振动条件下其动态精度接近静态指标,满足使用要求.