航天复合材料机翼疲劳试验加载技术研究

随着我国航天飞行器的不断发展,新型全复合材料结构、可重复使用航天飞行器成为了新的研究目标,因此,需要针对航天复合材料飞行器开展疲劳寿命试验技术研究。本文主要针对航天复合材料机翼疲劳试验加载技术开展研究,提出了一种可以在结构表面施加多向分布式疲劳载荷的加载系统。首先分析了机翼的疲劳载荷环境,然后根据载荷的多向性和机翼的材料特点,设计了加载垫和压式杠杆系统,并开展了相关分析和试验验证。最后应用此项技术开展了全复合材料机翼疲劳试验,试验结果表明,此加载技术能够准确、高效完成复合材料机翼疲劳试验,为复合材料机翼疲劳寿命评估研究提供帮助。     

一种风机叶片静力加载自适应控制方法及实现

静力加载试验是考核风机叶片静强度特性的重要手段。兆瓦级风机叶片的静力加载试验多采用多点同步逐级加载拉力的方法实现。在风机叶片的多点同步逐级加载过程中,本文设计了基于比例积分模型的自适应控制方法,该方法通过实时调整电机的转速和方向实时改变载荷拉力的变化率,不用考虑加载过程中叶片多个加载点之间的力耦合情况,实现每个加载点的载荷拉力同步、匀速稳定变化,同时保证每个加载点的加载过程相互独立,具有一定的通用性。通过对某兆瓦级风机叶片进行静力加载试验,测试结果表明,本文方法正确有效。     

兆瓦级风机叶片大载荷、大变形静态试验方案研究

介绍了某型号2MW 风机叶片静态试验技术要求及方案设计思路。该类兆瓦级风机叶片静态试验具有大尺寸、大载荷、大变形的特点;这导致了试验所需占用场地及安装空间很大,试验固支基础强度及刚度要求更高,试验加载及测量随动连续性更好等要求。通过调研相关资料并结合自身条件,研究设计了3套大载荷、大变形静态试验实施方案;比较优选了1套最佳方案并最终圆满完成了这一创新型试验课题。     

飞行器动态疲劳试验加载方法的研究

飞行器动态疲劳试验是在全尺寸后机身状态下进行的多点激振与多点静载联合加载的力学环境模拟试验,属于多种环境联合加载试验技术,其中静载为空气弹簧加载形式,振动载荷为电磁激振模式,针对飞行器动态疲劳试验静载加载过程的特点,介绍了一种采用空气弹簧来实现静载加载的系统设计方法,为飞行器可靠性考核提供手段。     

纤维增强复合材料剩余强度衰减模型

分析了复合材料剩余强度随加载次数增加而单调衰减的疲劳损伤机理,得出复合材料剩余强度衰减率在其疲劳寿命全程内呈"快→缓→快"演化过程,并提出一个剩余强度衰减模型来描述这一过程.该模型从材料的疲劳破坏机制上分析了铺层形式对复合材料剩余强度衰减的影响,并综合考虑了材料抗疲劳性能、受载水平等影响因素.6种复合材料的系列试验数据验证了该模型.结果表明,该模型合理描述了复合材料剩余强度的衰减规律.     

航空涡轮发动机叶片振动疲劳试验的自动化

航空叶片的疲劳断裂是发动机上常见故障之一,为了消除这种潜在危险,叶片质量应有疲劳寿命来控制。本文提出一种新的疲劳试验系统,它采用闭环控制,显著提高了加载系统的精确度,基本上实现疲劳试验的自动化,在国内叶片疲劳实验技术方面填补了一项空白。     

直升机复合材料尾桨叶疲劳试验研究

本文采用单点疲劳试验加载方法实现直升机复合材料尾桨叶疲劳试验挥舞、摆振、扭转方向的交变载荷协调加载，与以往多点、多向桨叶疲劳试验加载方法相比，试验设备简单，调试方便，可以达到较高的精度。复合材料桨叶在生产过程中常常在其内部带有气泡等缺陷，使得桨叶生产报废率偏高。本文主要研究这些缺陷对复合材料桨叶疲劳寿命的影响。疲劳试验结果表明，存在一定气泡缺陷的复合材料桨叶仍能满足规定的疲劳寿命。     

栅格舵气动与操纵特性高速风洞试验技术研究

为研究飞行器单独栅格舵全尺寸模型气动特性,考核、验证舵控系统操纵性能,在FL-24风洞(1.2m×1.2m)开展了专项试验技术研究.首次在国内高速风洞建立了全尺寸栅格舵高速风洞试验平台,主要内容包括:风洞大载荷侧壁支撑装置设计、高速风洞模型保护装置设计、高灵敏度气动测试天平研制、模型风载条件下变形测试系统设计以及动态气动力测量与数据处理方法等.该项试验技术实现了模型气动与舵控系统以及气动与结构一体化试验验证,为栅格舵尾翼布局飞行器相关专业设计及飞行试验提供了重要试验数据.     

复合材料拉伸剩余强度及其分布

复合材料剩余强度是强度退化疲劳寿命预测模型的基础，本文研究了连续纤维树脂基复合材料（ＦＲＰ）的剩余强度随疲劳载荷加载次数退化的规律，按照ＦＲＰ疲劳损伤的产生和发展的规律，提出了一个ＦＲＰ剩余强度退化的模型，并得到了大量的实验结果的支持。在此基础上提出了一个复合材料剩余强度退化的统计模型：在寿命的初始，剩余强度即为静强度，服从Ｗｅｉｂｕｌ分布；在寿命结束时，即为疲劳强度，服从Ｗｅｉｂｕｌ分布；在不同时刻剩余强度也服从Ｗｅｉｂｕｌ分布，且其方差随加载次数线性变化     

复合材料结构机械连接设计分析与试验研究

以某型机复合材料机身与主减后接头局部连接结构为研究对象,针对结构承面外载荷较大的特殊受载形式进行复合材料-金属接头机械连接技术研究。通过有限元仿真分析,确定了复合材料-金属接头的连接形式,并对复合材料机身结构连接区的局部铺层进行了优化,随后开展复合材料-金属接头连接结构的力学试验。结果表明,在给定载荷下,复合材料-金属接头机械连接结构具有足够的强度和刚度,满足设计要求。     

随机疲劳下复合材料剩余刚度-剩余强度关联模型及寿命预测

剩余刚度和剩余强度作为描述复合材料疲劳损伤程度最常见的方法,在应用过程中都存在各自的优缺点。刚度试验成本低,但缺少明确的失效判据使得其实际工程中的应用受到限制,强度虽然存在天然的失效判据,但破坏性试验导致试验成本较高。考虑复合材料结构大多在随机交变载荷下服役,如噪声、振动等。本文通过复合材料常幅疲劳数据推导了随机疲劳下的剩余强度曲线,提出了一种随机载荷下的剩余刚度-强度关联模型,减少了试验时间和成本,并通过关联模型预测了结构随机疲劳寿命,预测值与试验值具有较好的一致性。     

复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题,发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法,以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量,以结构质量最轻为目标函数,实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化;第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,考虑层合板的制造和工艺约束,以层合板的各铺层角作为设计变量,以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标,实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化;在二级优化的基础上,通过协调稳定性约束,实现综合优化。算例表明:采用二级优化设计方法,可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。     

加载速率对复合材料拉伸力学性能影响研究

复合材料结构在特殊载荷作用下表现出不同的力学承载性能,这一因素将对其在不同速度载荷作用下的力学性能造成一定的影响,了解并研究复合材料结构在不同加载速率作用下的力学性能及内部缺陷和损伤演化规律,对于正确评估其承载性能具有现实意义。对同批次玻璃纤维编织复合材料试件进行三种加载速率作用下的拉伸力学性能试验,通过研究复合材料试件承载性能、损伤状态与加载速率的关系,分析了内部损伤演化对承载能力的影响。采用声发射技术监测复合材料试件损伤过程,分析了声发射信号能量与加载速率的关系,同时从声发射波形历程和破坏时声发射信号特征角度分析了玻璃纤维编织复合材料损伤演化规律。结果表明,随加载速率的增加试件抗拉强度增大;加载速率高低影响复合材料内部损伤的扩展行为,在较低的加载速度下,内部损伤有较长的时间进行充分扩展,从而使复合材料结构的完整性降低,表现为破坏时的部分结构承载;在较高的加载速率下,内部损伤扩展不均匀,反而保持了复合材料结构的相对完整性,表现为较高的拉伸强度。     

预腐蚀铝合金腐蚀疲劳累积损伤规律研究

利用LY12CZ板材试件进行未腐蚀试件及预腐蚀后试件的二级加载及随机谱加载的疲劳和腐蚀疲劳试验,分析疲劳损伤累积的演化规律,发现LY12CZ板材试件纯机械疲劳与腐蚀疲劳累积损伤规律基本一致,且均为非线性;预腐蚀后试件与未腐蚀光滑试件高-低、低-高加载累积规律差异较大,并呈现出相反的结果;Miner理论能较好的适用于随机谱下的纯机械疲劳及腐蚀疲劳寿命估算.     

树脂基复合材料L型板承载性能及其破坏过程试验研究

本文针对树脂基复合材料L型板,为模拟其在典型机械载荷作用下的承载能力及破坏过程,设计了仅约束端部平动自由度的夹具,并借助楔形夹具,分别实现了端部可面内转动和固支两种夹持状态。首次采用数字图像相关、高速摄像和声发射技术相结合的监测方案,开展了典型机械载荷作用下L型板力学性能试验,同时获得了加载过程中试样的面内应变场、表面破坏过程、及内部损伤产生的声发射信号。试验结果表明,不同端部夹持方式下L型板的极限拉伸承载力略有差异,在内侧圆角处和外侧边缘试样先后发生破坏,其面内应变由对称分布转为非对称分布,并产生能量较大的声发射信号。L型板的压缩极限承载力低于拉伸极限承载力,仅在内侧圆角处产生破坏,沿宽度方向扩展并贯穿整个试样。     

GFRP风机叶片结构设计的二级优化方法

通过对风机叶片结构特性的分析,以叶片腹板位置和蒙皮铺层厚度为设计变量,发展了一种二级优化设计方法。首先建立腹板位置参数的代理模型,根据所建的代理模型以质量最轻为目标进行系统级优化求解出腹板位置,然后将结果传给子系统级,子系统级采取分步优化策略求解叶片铺层厚度。当两级优化结果收敛时得到叶片最佳设计。经算例验证,采用这种二级优化方法,可得到较为理想的叶片结构设计结果。     

运输类飞机阵风载荷与机动载荷识别算法

针对运输类飞机的飞行特点,基于姿态角和相关重心过载参数变化,提出了运输类飞机的阵风与机动载荷识别算法。利用Matlab进行算法编程,通过实测载荷数据实例,验证了该算法的有效性,为新机结构可靠性设计和全尺寸疲劳试验提供了参考数据。     

全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测及声发射监测技术研究

本文介绍了在全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测和声发射监测的技术细节,说明了如何根据监测目标任务要求,确定传感器位置和安装方案、进行声传播通道性能测试、材料声发射(AE)性能研究和考证整个检测系统工作的平稳性。讨论了如何合理设置数据采集系统的参数,研究了背景噪声的变化规律,并特别研究了同疲劳裂纹形成和扩展有关的声发射信号的特征及如何从强背景噪声环境中获得有用AE信号。论文以中央翼-外翼连接区域和起落架上枢轴接头等关键部位为例,说明实施监测的方法。由于疲劳试验特别强调监测结果的实时性和及时性,在声发射信号处理方面,作者利用趋势分析,基于时间、空间的滤波和基于幅度和能量分布等多种信号处理方式,以及多参数综合识别技术对一些关键部位的状态进行了声发射连续跟踪监测,为保证全尺寸飞机机体部件疲劳试验的顺利进行起到了重要作用。     

全尺寸内埋武器舱舱门铰链力矩测量方法

全尺寸内埋武器舱舱门铰链力矩测力试验使用真实弹舱模型,为了不破坏武器弹舱的完整性,它既不允许在模型上安装铰链力矩天平来完成铰链力矩的测量,也不允许在舱门表面加工测压孔,通过测压试验的方法进行铰链力矩的测量。根据对全尺寸内埋武器舱舱门的结构特点及受载情况进行分析,提出了全尺寸内埋武器弹舱舱门铰链力矩的测量方法:专门设计的模拟短梁及加载装置,既可以实现单点加载也可以多点同时加载;在旋转作动器的耳片上粘贴 A、B 2组应变计,分别组成半桥工作模式;舱门安装前,使用模拟短梁及加载装置,对各个耳片单独施加力和力矩载荷,通过叠加法、均值法求取铰链力矩公式;舱门安装后,利用大小舱门间的转轴及加载装置,对舱门实施单点加载或多点同时施加不同载荷,通过迭代法验证铰链力矩公式的可靠性,较好地实现了真实弹舱舱门铰链力矩的测量。     

陶瓷基复合材料双剪切性能的声发射特征研究

针对陶瓷基复合材料结构损伤声发射监测模式识别及强度评估问题,利用圆柱形试样双剪切试验获取破坏过程典型的声发射波形信号,采用傅立叶和时频分析等手段,获得声发射信号特征,发现同批次试样在不同加载条件下的损伤演化规律不同.分析声发射信号历程变化特征,在典型高幅值信号下,小幅值声发射信号代表了不同的损伤模式;纤维铺层与加载方向...