复合材料损伤及结构修理技术

复合材料已经广泛应用于航空领域,成为飞机结构的主要用材之一.复合材料的损伤破坏机理与金属截然不同,在飞机大量采用复合材料结构后,其维护问题变得更加突出.本文对复合材料的主要损伤类型进行了介绍,对各种无损检测方法进行了总结,并举例说明飞机复合材料结构损伤的定义与描述方法.在此基础上,介绍了飞机复合材料结构的修理流程与主要修理方法,并对相关的试验与理论研究成果进行了综述.     

基于动力学的无损检测方法在复合材料桨叶上的应用

基于动力学理论建立了复合材料桨叶结构特性分析及损伤检验的动力学方法。首先通过有限元瞬态分析获取复合材料桨叶在具体边界条件下的工作变形,即ODS;然后运用基于移动矩形窗的最小二乘拟合方法,提取边界层函数因子;最后根据边界层函数及组合的特性变化进行SA349桨叶及直九尾桨的损伤检测,实现了直升机桨叶上损伤位置的有效识别和定位,验证了该方法的有效性。     

典型民机复合材料损伤分析及敲击检测

只有充分研究民机典型复合材料损伤机理,才能在复合材料的应用中最大限度地减少和避免其损伤,并且为复合材料的损伤修理奠定基础.通过对民机典型复合材料损伤的研究,分别从材料、设计、结构、制造与使用等方面入手,通过细观破坏机制阐述了层合复合材料的损伤.对部件的检测进行理论分析,找到易损伤位置,采用微观破坏机制运用敲击检测法对胶接复合材料就行了损伤检测,验证了二者的结合可提高检测效率及准确率.     

移动质量法结合分形维数的旋转梁损伤检测

旋转梁结构广泛应用于航空工程领域,其健康状况直接关系着航空器的飞行安全,对旋转梁结构进行损伤检测能够及时发现损伤,从而避免因结构损伤而造成的重大损失。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,通过移动质量法结合分形维数理论进行损伤检测。首先建立质量块-裂纹梁模型,计算得到固有频率随质量块位置变动曲线;然后运用分形维数理论得到固有频率曲线的分形维数曲线,进而识别出梁的损伤位置及其损伤程度;最后讨论裂纹位置、损伤程度、附加质量块大小以及转速对损伤检测的影响。结果表明:所提出的将移动质量法与分形维数理论相结合来进行损伤检测的方法,能够准确地识别损伤位置,还能够定性地反映出损伤程度。     

成像技术在老龄飞机结构疲劳损伤中的应用

针对老龄飞机的结构损伤状况,分析了传统的飞机结构损伤检测方法,重点讨论了成像技术的特点以及在老龄飞机结构疲劳裂纹和腐蚀检查中的应用.     

基于互相关函数幅值向量的飞机壁板紧固件松脱损伤检测的实验研究

提出了将结构各测试点间振动响应的互相关函数幅值组成互相关函数幅值向量，通过其变化来检测结构的损伤及发生损伤位置的新方法，应用于飞机壁板结构中经常发生紧固件松脱检测的实验。以某飞机尾翼抖振模型在风洞吹风实验中测试得到的抖振载荷信号作为壁板结构的激励信号，用粘贴在各紧固件附近的应变传感器拾取结构振动响应信号，得出壁板上紧固件松脱前后的互相关函数幅值向量，以此幅值向量置信度准则表征幅值向量的变化量，来检测紧固件的松脱损伤，并通过松脱前后互相关函数幅值向量的相对变化的峰值，检测出发生松脱损伤的紧固件位置。由于互相关函数幅值向量直接由测试的振动响应时间历程得到，而且具有较强的抗测量噪声能力，因此这种检测方法在航空结构损伤检测中具有较好的应用前景。     

损伤定位中频率法的改进及应用

传统的基于频率的损伤定位指标是通过忽略结构运动摄动方程的二阶项得到的,用于结构的损伤位置识别可能导致误判.在对传统的基于频率的结构损伤位置识别机理进行了阐述基础上,理论推导改进的损伤定位指标.最后以复合材料悬臂梁进行数值模拟试验.试验结果表明,所建议的改进方法指标比原来方法指标更为有效.     

桨叶结构裂纹损伤检测和剩余寿命评估方法

研究了一种基于力残差向量的桨叶结构损伤检测和剩余寿命评估方法,从桨叶有限元模型出发构造了一种节点力残差向量,分析力残差向量可确定损伤位置和损伤程度。引入裂纹单元模型将损伤的大小量化为等效裂纹长度,桨叶结构损伤用等效裂纹大小表示。从腐蚀疲劳断裂理论出发,建立了损伤扩展模型,得到了桨叶结构剩余寿命估计曲线。最后,通过实例验证了方法的可行性和有效性。     

基于反共振频率的复合材料损伤检测理论研究

航空航天产业中,复合材料的应用比例越来越高,但复合材料不同于金属材料,破坏前无屈服阶段,所以从安全质量角度来说,对复合材料准确高效的损伤检测手段显得尤为重要。本文以四边简支铝制蜂窝夹层板为研究对象,采用反共振频率理论对复合材料结构损伤进行检测研究,以提高飞机部件原位检测及飞机外场检测的效率。理论结果表明,在蜂窝夹层板存在损伤时,该理论可对结构损伤进行有效判定。     

红外热波无损检测技术在直升机维修中的应用

直升机在维修过程中,通常要对结构零件部件进行无损检测,文章介绍了一种新的无损检测方法。该方法是以红外热波成像原理为基础,利用工控机控制,采用计算机图形图像处理技术,实时显示被测试件表面和内部损伤的形状和深度信息,为直升机维修提供了一个高效的手段。     

结构振动可靠性设计方法研究

以传统的结构振动设计方法为基础,提出了一种进行振动可靠性设计的方法。利用应力-强度干涉理论,发展了激振力频率与结构固有频率干涉的概率模型,建立了结构振动可靠性模型,给出了导致构件损坏的强迫共振响应的概率计算公式及其使用条件。原则上,所发展的方法对其固有频率相对不太密集的构件更为适用,如涡轮机械中的叶片。      

弹性空腔流致噪声/结构振动特性试验

高速空腔中经常存在高强度且多频率分量的流致噪声,空腔噪声与结构振动之间耦合效应严重,甚至可能发生结构共振。为此,在0.6m×0.6m高速风洞中,通过调整空腔底板厚度,改变其结构固有频率,模拟空腔流致噪声/振动相互作用。利用脉动压力和振动加速度测试技术,获取亚跨声速条件下,弹性空腔流致噪声特性及其结构振动响应特性。马赫数变化范围为0.6~1.2。结果表明,当振动强度较弱时,结构振动对空腔噪声影响较小,而空腔噪声对结构振动影响较大,在噪声载荷主频位置,振动谱出现峰值并且噪声/振动相关性达到最强;此外,空腔结构振动还与其固有频率特性密切相关,振动主要以低阶模态为主。     

裂纹齿轮动力特性三维有限元模拟

建立了裂纹齿轮结构的三维有限元动力学模型,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的齿轮动力特性(固有频率、振型、动态应力等),并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟。指出裂纹尺寸和位置对于齿轮的固有频率和振型都有影响,当出现裂纹后固有频率发生下降,振型也发生变化,而裂纹位置对固有频率和振型影响大于裂纹尺寸的影响,当裂纹位于齿根处时齿轮固有频率下降较大,当裂纹位于齿顶处时齿轮固有频率下降较小,当裂纹出现后齿轮体的振型明显不同于无裂纹时的振型,在裂纹附近振动的振幅增大,并且齿轮体的动态应力也发生变化,与无裂纹的齿轮结构动力特性完全不同。      

多频优化与频响优化的结构动力学设计

 本文介绍了飞机研制中的结构动力学设计问题,包括结构多频优化设计及其程序系统SDD1以及结构频响优化设计及其程序系统SDD2,并给出了算例。     

某型发动机在线清洗喷射架 强度计算与振动分析

为研究喷射架强度以及振动特性,确保从飞机进气道唇口安装清洗喷射装置进行发动机清洗时的可靠性,避免喷射装置和飞机共振,文章利用有限元数值仿真对喷射架进行了结构静力强度和模态计算分析,得到喷射架10阶振型及固有频率,喷射架结构强度满足要求。进行了发动机进气道唇口测振分析,得到发动机在冷运转状态下,相应进气道唇口测振频谱值。设计进行了模拟环境振动验证试验,得出结论:喷射架固有频率与冷运转状态下发动机进气道唇口振动频率没有耦合,发动机冷运转状态下的飞机进气道唇口振动不会损坏喷射装置,也不会对在线清洗造成影响。     

基于BP神经网络的叶片损伤度评估方法

将叶片简化为悬臂梁模型,根据振动力学理论推导出了叶片损伤度与固有频率变化量以及损伤位置两个参数的内在关系,将其抽象为一种从损伤的位置及固有频率的变化量到损伤度的映射.在此基础上,将具有自学习能力和逼近非线性映射能力的人工神经网络引入到损伤度的预测中,构建了一种基于BP(back-propagation)神经网络的叶片损...     

损伤对平纹编织陶瓷基复合材料梁振动特性影响的试验研究

为研究平纹编织陶瓷基复合材料（CMCs）梁受损伤影响的非线性振动特性,本文分别开展了拉伸试验和振动试验。拉伸试验用于获得平纹编织CMCs受损伤影响的变刚度行为,多次正弦扫频试验用于获得振动载荷下平纹编织CMCs梁受损伤影响的非线性行为。拉伸试验得到的非线性应力-应变曲线表明材料受损伤影响变刚度行为明显。梁初始固有频率的试验值与理论值相比,相对误差小于1%。振动试验结果从两方面表明了损伤对梁振动特性的影响。一是模态参数的变化,固有频率从初始值（256.44Hz）不断减小,阻尼比呈现增大趋势,而共振位移幅值受固有频率和阻尼比的耦合作用发生非线性且非单调变化。固有频率的变化造成位移幅频特性曲线的左移现象。二是位移幅频特性曲线的多峰现象,在多处载荷频率下产生了位移峰值点。本文的试验结果可用于指导平纹编织CMCs结构动力学计算理论模型的建立。     

Characteristic analysis of lock-in for an elastically suspended airfoil in transonic buffet flow

Numerical simulations are performed to study the aeroelastic responses of an elastically suspended airfoil in transonic buffet flow, by coupling the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and structural motion equation. The current work focuses on the char-acteristic analysis of the lock-in phenomenon. Great attentions are paid to studying the frequency range of lock-in and the effects of the three parameters, namely the structural natural frequency, mass ratio and structural damping, on lock-in characteristic of the elastic system in detail. It is found that when the structural natural frequency is close to the buffet frequency, the coupling fre-quency of the elastic system is no longer equal to the buffet frequency, but keeps the same value as the structural natural frequency. The frequency lock-in occurs and stays present until the structural nature frequency is near the double buffet frequency. It means that the lock-in presents within a broad range, of which the lower threshold is near the buffet frequency, while the upper threshold is near the double buffet frequency. Moreover, the frequency range of lock-in is affected by mass ratio and structural damping. The lower the mass ratio and structural damping are, the wider the range of lock-in will be. The upper threshold of lock-in grows with the mass ratio and structural damping decreasing, but the lower threshold always keeps the same.     

变截面旋转裂纹梁横向振动特性的研究

对损伤结构进行动力特性分析是进行无损检测的重要基础,而对于旋转梁结构的裂纹损伤动力特性研究,却鲜有文献涉及。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,对其横向振动特性进行研究,提出一种求解变截面旋转裂纹梁横向振动特性的新方法。首先利用扭转弹簧模拟裂纹效应,建立含裂纹梁局部柔度模型,然后采用Frobenius方法求解振动方程,得到方程的级数解析解,并研究裂纹位置和深度对振动频率的影响,分析不同损伤程度、不同转速工况下梁的前两阶固有频率变化情况。结果表明:本文方法是有效的,转速和损伤程度的变化并非独立影响梁的固有频率,两者间具有耦合作用机理,对于变截面梁同样成立。     

基于人工神经网络的柔性铰链结构动力修改

利用有限元软件计算出柔性铰链结构参数与振动频率的训练样本,然后通过样本训练人工神经网络建立了柔性铰链结构振动频率与其结构参数的非线性映射关系,最后利用训练好的神经网络修正框架的结构参数以满足设计要求的固有频率。