高弹性橡胶夹层结构封严板分析方法

飞机活动面缝隙采用封严结构可以有效提升隐身性能。本文提出了一种橡胶夹层结构的封严板结构,对该封严板使用的橡胶材料进行了单轴、等双轴与平面拉伸试验。对常用的Mooney-Rivlin、二次多项式、Neo-Hookean、Yeoh和三次Ogden本构模型进行拟合分析,确定了二次多项式和三次Ogden形式的高弹性材料模型,在此基础上建立了封严板结构有限元模型并进行装配分析和气动载荷作用分析。最后通过试验验证了所选用的橡胶材料高弹性本构模型与橡胶夹层封严板结构仿真分析方法的正确性。     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

机场跑道耐冲磨混凝土的研究

针对机场跑道混凝土所处环境、受力特环以及对修补材料的性能要求，提出采用超塑化、膨胀、树脂掺入等复合手段，大幅度改善钢纤维混凝土基质材料的结构性能。通过高效粘结，充分发挥了钢纤维的增韧抗冲击作用，使这种有机无机复合、金属非金属复合的混凝土材料具有优异的抗冲击性和耐磨性。实验结果表明，机场跑道混凝土特别是飞机起降区域板块适合采用SPE－SFRC复合材料。在基础稳定的条件下，基本可在设计使用年限内无须大修，其社会、经济效益巨大。     

犖型防护结构的试验与仿真研究

在不增加空间碎片防护结构整体尺寸和质量的情况下,基于防护结构在斜撞击条件下弹道极限高于正撞击条件下弹道极限的特性,研究了一种将3层平行铝板结构的中间层进行倾斜的N 型防护结构,采用超高速碰撞试验和三维SP H 数值仿真方法,定量对比了N型防护结构与相同面密度3层平行铝板结构的防护性能。研究结果初步证实,在正撞击情况下,倾斜的中间层具有提升结构防护性能的作用。     

含冲击损伤复合材料油箱口盖剩余强度研究

利用全程分析方法对冲击后复合材料油箱口盖进行剩余强度研究。该方法基于三维累积损伤理论,对于复合材料油箱口盖的冲击过程以及冲击后含损伤构件在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行数值分析。冲击模拟是显式求解过程,利用LS-DYNA完全重启动方法把显式求解得到的冲击变形及损伤数据传递到非线性静态剩余强度仿真模型中,以达到对于冲击后的损伤保留并进行轴向压缩模拟的目的。研究了冲击速度、冲击位置以及肋板位置对油箱口盖抗冲击性能的影响,并改变肋板位置对口盖结构进行耐冲击优化设计。计算结果表明外口盖对整体油箱口盖起到了防护作用。     

混凝土房屋结构靶的超高速撞击特性研究

为了研究动能武器对混凝土类目标的毁伤效果,采用试验和数值仿真手段,对钨合金弹丸超高速撞击混凝土房屋结构靶进行了研究,探讨了混凝土房屋结构靶在超高速撞击条件下的毁伤特点。试验所用的钨合金弹丸重35g,长径比为5,撞击速度2.5km/s;混凝土房屋结构靶抗压强度34.4MPa。研究发现:在开展的试验条件下,房屋结构靶顶层板和底层板被穿透,未发生解体破坏;靶体中加筋对靶体的穿孔大小及结构破坏没有明显的降低作用;速度2.5km/s的弹丸经撞击40mm厚混凝土板后的速度降到2.0~2.3km/s 范围内;弹丸超高速撞击混凝土房屋结构顶层板形成的碎片云速度较高,部分碎片对人员具有较强的杀伤效果,该部分碎片的扩张角为23°,在底层板上的分布范围大于穿孔大小。     

复合材料加筋板筋条撞击分布式光纤监测方法

航空航天器在服役过程中,容易受到外界物体撞击破坏,实现复合材料加筋结构撞击监测对于评估航空航天器结构健康状态具有重要意义。为此,提出了一种基于分布式光纤传感器的复合材料加筋筋条撞击位置辨识方法。研究了复合材料加筋板板面撞击与筋条撞击两种情况下,板面和筋条上光纤Bragg光栅传感器撞击响应特性。选取筋条撞击光纤响应信号总能量作为特征量,构建了总能量与筋条撞击位置之间函数模型。根据此函数模型,实现加筋板面筋条撞击事件与撞击载荷位置的辨识,平均定位误差为0.3465cm。研究表明,所提方法具有实时性好、易于集成、无需大量样本、定位精度较高以及适合低采样率光纤光栅解调模式等优点。     

硬38CrSi平头弹斜撞击45钢靶侵彻特性研究

利用有限元软件Autodyn,建立硬38CrSi平头弹斜撞击45钢靶板模型并验证其模型和参数的有效性,研究了平头弹不同撞击角度(30°、45°和60°)对靶板弹道极限、弹体剩余动能和靶板失效的影响。研究结果表明:弹道极限随撞击角度的增加而增加;弹体剩余动能随撞击角度的增加而减小;撞击角度增大,靶板破坏面积增大,破坏区域从三角形转化为与弹身纵截面近似的长条形。     

快速装拆机场道面结构力学行为分析

为解决机场改扩建不停航施工过程中所需的飞机临时滑行通道问题,需要设计建造技术性能可靠和施工便捷的临时场道结构。为满足临时场道结构技术性、工艺性和经济性等要求,研究了直接铺筑于压实地基上的可快速装拆式型钢-预应力混凝土板块组合道面的力学性能。分别研究了不同位置加载情况下板块各部位的应力和应力变化规律,利用ABAQUS有限元软件模拟了B737-800单轮轮载作用下复合结构板体的变形规律。分析结果表明,飞机荷载作用位置对快速装拆道面结构受力和变形的影响显著,荷载作用于板角位置时的结构稳定性最差,道面板侧边容易产生较高的局部应力集中,板块边沿的局部强化对于结构稳定具有关键作用,道面板块的钢框架与内部混凝土之间连接部位为结构的薄弱环节,需要合理地分布预应力钢筋增强效应来保障结构承载能力和结构完整性,多板块的铰接衔接组合具有较明显的板体联动效应与荷载分散效应,从而有助于约束板块的局部竖向变形。     

Whipple防护结构超高速撞击极限分析

空间碎片的超高速撞击可能导致航天器发生严重的损伤甚至灾难性的失效，由于近地轨道上空间碎片的增加导致航天器的安全受到严重威胁，必须设置防护结构予以防护。本文从动力学分析入手，初步建立超高速撞击时Whipple防护结构的撞击极限方程，得到了与撞击极限相关的参数以及参数之间的关系，为实验提供基础。本文方程得到的撞击极限曲线与已有方程的撞击极限曲线吻合较好。     

柔性飞机起落架改进设计

综合运用着陆响应模拟和优化设计方法以改进大柔性飞机起落架的设计.以弹性飞机的三质量块等效模型、油气缓冲器多方指数气体弹力模型、油气缓冲器速率平方油孔阻力模型和幂函数轮胎力模型模拟弹性飞机着陆动力学.考虑了大柔性飞机着陆撞击中的缓冲器最大行程、最大缓冲器力及机翼最大位移,对起落架参数进行优化设计.结果表明,大柔性飞机机体结构弹性对起落架参数设计有较大的影响,采用优化设计的油针式缓冲器可以改进起落架的着陆性能.     

飞机背负任务系统后横侧气动特性及改进措施数值分析

采用数值模拟的方法分析了飞机背负任务系统后对横侧气动特性的影响,以及提出了平尾加端板的方式改善该情况下的横侧气动特性.在数值模拟过程中,控制方程为雷诺平均N-S方程,采用了基于非结构网格的有限体积方法.湍流模型采用了S-A方程模型.研究结果表明,飞机背负任务系统后会引起航向力矩系数在小侧滑角下变得较小而使得飞机出现横侧不稳定.为改善该类飞机的横侧特性,采用了平尾加端板的措施,数值结果表明,该措施能改善该类飞机的横侧不稳定性,使得飞机在背负任务系统后具有较好的横侧气动特性.     

发动机短舱声衬结构声振等效转换试验研究

基于载荷对结构造成响应的等效性机理,针对发动机短舱声衬结构开展声激励和振动激励的等效转换试验研究:应用载荷响应等效理论,分别进行声衬结构的噪声和振动试验,测试并计算其结构响应,给出了声衬结构在声激励和振动激励下的等效转换关系。试验研究能够有效改善试验的真实性,指导后续试验研究工作,具有良好的工程应用价值。     

民用飞机性能选型指标体系研究

随着飞机事业的发展和现代科技的进步,系统化地规划好采购飞机的机型以及合理安排不同航线段适用机型飞行是相当必要的。分析国内外有关飞机性能选型指标参数研究的现状,从航线经济性、发动机匹配性、航线适应性、机场适应性四个角度出发,进行飞机性能选型的现状分析。基于飞机性能优劣度初步建立了飞机性能选型指标体系,以期为目前国内航空公司飞机选型提供可靠性能参考。     

水上飞机自由飞模型起飞与降落性能的综合试验

本文综述了用4台发动机为动力的水上飞机自由飞模型起飞与降落性能的综合试验,这些性能包括稳定性、操纵性、飞溅、水阻力、着水撞击、起飞砰击、失速及耐波性等。模型与真实飞机保持几何、质量、运动状态、拉力、升降舵效率及其波浪谱的相似,故模型试验与真实飞机的试飞结果比较符合。同时着重介绍了模型试验的机载测试系统与地面测试系统。     

基于有限时间和不完备检测的飞机结构延迟模型(英文)

延迟模型是针对飞机结构的故障特点,通过优化飞机结构的维修活动,以达到维修成本最优化的一种有效方法。基于现有的延迟模型都是建立在无限时间跨度假设上的不足,提出和建立了有限时间跨度上的飞机结构不完备检测延迟模型。模型中考虑了飞机结构维修中存在不完备检测、检测门槛值和重复检测间隔等情况,使得延迟模型更加符合飞机结构维修的实际情况。针对模型的复杂性,采用非齐次泊松过程方法研究两次检测之间的更新概率,并采用Nelder-Mead单纯形法对模型进行了优化求解,最后,通过数值算例,验证了模型的合理性和有效性。     

复合材料加筋板高速冲击的损伤研究

针对航天器保护材料遭受碎石冲击的问题,提出采用对复合板进行加筋处理的方式提高复合材料层合板抗弹体高速冲击能力的方法。该方法利用ABAQUS建立有限元模型,对加筋板底层层合板内部引用cohesive模拟出层间分层,将弹体设置为离散型刚体。模拟弹体对加筋板的垂直高速冲击。通过分析弹体冲出板体的剩余速度研究复合材料加筋板的防弹效果。结果发现当弹体冲击点位于加筋条上时能很好地降低弹体的冲击速度。并发现较小的筋条间距、较大的筋条厚度可以有效增加复合材料加筋板的抗冲击能力,而筋条间隔不同对复合材料加筋板的抗冲击能力的影响可以忽略不计,本文为后续航天器抗弹体高速冲击能力研究提供了支撑。     

模拟Lamb波在板结构中传播的新型谱板单元

为了进一步提高时域谱有限元法模拟Lamb波在板结构中传播的计算效率,建立了一种能够模拟Lamb波三维传播特性的二维时域谱有限板单元。首次采用了具有Lebesgue最优性质的节点分布形式和扩展位移场,每个节点有6个自由度。形成单元集中质量矩阵时采用一种简单的方法,得到的结果与将一致质量矩阵行相加后的结果相同。研究结果表明,新单元的性能与常用的两种性能优异的时域谱有限元相当;而且由于其质量矩阵的积分计算量少、稳定积分的临界时间步长大,并且能够模拟Lamb波在板结构中传播的三维特性,所以计算效率得到了明显的提高。     

任意角度耦合加筋板能量传递系数计算方法及规律研究

能量有限元方法是结构声振响应预示的新兴方法，其中结构耦合位置的能量传递计算是能量有限元分析中的关键环节。本文将工程中常用的典型加筋板结构等效为梁-板耦合模型，结合波动解以及力学平衡条件，建立包含未知波幅的方程组，获取能量传递系数随入射角度变化的分布规律。通过将平面加筋板（180°耦合）的能量传递系数与文献结果进行对比，验证了方法的可靠性。将该方法应用于L型耦合（90°耦合）加筋板的能量传递系数计算中，通过与无加强筋L型耦合板对比，发现加强筋会阻碍弹性波的透射现象，从而影响结构中不同种类弹性波的能量占比。     

光纤光栅传感器与机械结构预处理胶接方法

结构应力应变高精度测量对于实现直升机动静态强度监测与评估具有至关重要的意义。由于光纤光栅传感器具有柔韧性好、芯径细、抗电磁干扰能力强以及便于实现分布式监测等显著优点,使得其在航空航天器结构强度监测领域受到广泛重视。为提升直升机应变监测精度与灵敏度,本文研究了光纤光栅传感器应变感知原理和精度影响因素,构建了基于光纤光栅传感器的板结构应变监测系统。在此基础上,提出剥离光栅栅区涂覆层、施加预应力及其双层胶接等预处理集成方法,实现对板结构光纤光栅传感器应变测量精度的有效提升。