飞机用橡胶软管爆破失效的形貌特征及原因分析

对飞机用橡胶软管产生低压爆破失效后的断口形貌特征以及疲劳失效原因进行了综合分析研究，并提出了改进措施。     

机匣包容试验的叶片根部爆破飞断方法

在航空发动机包容试验中,为满足叶片在根部失效的要求,设计了基于爆破切割技术的叶片根部飞断试验方法。通过平板静态爆破试验确定了柔爆索的切割能力,并使用柔爆索进行了真实叶片的静态爆破试验。在MTS拉伸试验机上对爆破切割后的损伤叶片进行了静拉伸试验,确定了损伤叶片的剩余强度为50～56 kN。按照静态爆破试验获得的开槽尺寸在叶片根部开槽并敷设柔爆索,采用树脂胶固定后,在立式转子试验器上采用遥控触发的方式进行了真实叶片旋转状态下的飞断试验。结果表明：在叶片两侧加工4 mm深沟槽并敷设柔爆索爆破后,叶片被柔爆索切割,并在预定飞断转速下失效飞出。飞断截面断口显示叶片中段被柔爆索的金属射流完全切断,前后缘在离心载荷作用下拉断,爆破作用没有对叶片产生附加动能,成功实现了叶片在预定转速下的根部断裂失效。     

基于ARLEQUIN方法的复合材料螺栓连接失效模拟

将ARLEQUIN方法应用于螺栓连接件的挤压失效模拟中，将连接件层合板分为孔边局部损伤区、无损伤区和过渡区。局部损伤区精细化划分网格，无损伤区采用粗网格划分，过渡区通用ARLEQUIN方法将损伤区和无损伤区进行耦合。采用用户自定义单元在ABAQUS中引入ARLEQUIN方法，实现了基于ARLEQUIN方法的复合材料螺栓连接的三维有限元失效模拟。建立了传统有限元模型和ARLEQUIN模型，并与试验结果进行了对比，表明在保证与传统有限元模型相同计算精度的情况下，采用ARLEQUIN方法进行复合材料螺栓连接失效模拟大大降低了计算资源，具有更高的效率。     

计算涡轮叶片结构可靠度的自适应重要抽样法

为直接准确地计算系统结构可靠度，提出了自适应重要抽样方法，由极限状态面失效区确定的最初抽样区开始，用与随机变量联合概率密度函数成比例的抽样密度，自适应递增调整抽样，使抽样区稍大于失效区，以减少安全区的追加抽样，提高抽样效率，并将其应用于航空发动机涡轮叶片的结构可靠性分析，在获得相同的准确计算结果时，所需计算量显著减少。     

复合材料气瓶铝内衬缺陷对疲劳及爆破性能的影响

研究了复合材料气瓶在生产过程中金属内衬存在的凹坑、裂纹以及腐蚀等的缺陷类型,并且对存有以上缺陷类型的复合气瓶进行疲劳及爆破实验,研究其对气瓶的性能影响.结果表明:金属内衬缺陷的存在会使得气瓶在承受内压载荷的过程中,金属内衬在缺陷位置出现应力集中,提前出现裂纹的扩展,使得金属内衬失效,无法充分发挥复合材料层高强度的优势,使得复合材料气瓶的疲劳失效次数及爆破强度大大降低,影响最终的使用性能.     

商用飞机发动机非包容转子碎片对燃油系统影响的风险分析

飞机燃油系统作为飞机重要的系统之一,其安全性至关重要。存在与发动机有关的非包容转子爆破的潜在灾难性失效模式,必须在飞机设计阶段尽早地对其进行解决。基于功能危害树分析方法,通过研究适航管理文件,得出行之有效的风险分析流程。对某型商用飞机进行了非包容转子爆破风险算例分析,确定受影响的系统及对应的失效影响等级,给出可接受的保护措施。结果表明本风险分析流程符合适航规章要求,为其他型号飞机的相关设计工作提供借鉴。     

某机燃烧室外套爆破故障根源和安全使用寿命评估

针对某机燃烧室外套发生的灾难性空中爆破故障，采用应力分析，断裂机理分析及爆破时剩余板厚分析计算，不同焊接试片疲劳对比试验等，确定出了故障的根源为原设计的纵向搭接焊缝不合理，不适于在交变载荷作用下使用。参照英军标Def stan00-971上轮盘寿命评估方法，按疲劳寿命对数正态分布规律和搭接焊试片疲劳试验结果，确定了外套的帮助散度系数，并把使用多年的外套都看成试验件，评估出了现役外套的安全使用寿命和失效概率。     

舰船含腐蚀缺陷通海管路失效压力数值分析

为研究舰船通海管路腐蚀后失效压力预测问题,在DNV RP-F101准则的基础上设置模型系数,建立了管路预测模型,并通过数值分析修正模型系数.使用Abaqus软件分析管道爆破失效力学行为,研究缺陷形貌和腐蚀深度、腐蚀轴向长度对失效压力的影响.对比预测模型与数值分析可知,模型系数为YFEA=1.034时,预测模型可以较好地...     

民机系统发动机转子爆破特定风险分析方法

基于美国联邦航空局咨询通告给出的发动机非包容转子爆破特定风险安全性评估指南,提出了一种简单易用的发动机非包容转子爆破安全性分析方法。建立了简化的转子碎片碰撞角度计算模型,以确定受转子碎片影响的系统部件;改进了失效部件组合检查单,提高分析工作效率,并确定转子碎片对系统的安全性影响。相比于传统分析方法,简化了转子爆破风险安全性分析过程,减少了分析工作量,适用于飞机系统研制初期对转子爆破风险的危害性进行保守性评估,以指导系统架构优化设计。     

某型飞机主起落架下摇臂套筒断裂失效分析

对某型飞机主起落架下摇臂套筒断裂失效的性质和原因进行了断口分析和受力分析，得出该套筒系疲劳断裂失效；其原因主要是局部应力较高，孔边应力集中严重，微动磨损和源区P、S元素含量偏高。     

内压作用下的航空轮胎爆破碎片动力响应

航空轮胎爆破时受内压释放的影响,爆破碎片的速度会有明显增加,而非与适航标准规定的与轮胎降落时的胎速相同。利用Fluent中用户自定义函数编写动力响应程序,采用动网格和用户自定义函数相结合的方法,展开内压释放作用下的轮胎爆破碎片速度动力响应特性的数值模拟研究。假设轮胎爆破失效是存在先前缺陷造成的,将碎片受冲击后的动态过程分解为内压释放冲击加速阶段和以一定初速度在空气阻力下减速运动两个阶段,提出仅考虑碎片两侧实时压力差作为动力源的简化物理爆破模型,来分析碎片的速度受内压作用的响应和整个流场压力以及速度变化情况,弥补了数学模型未考虑内外压平衡过程的不足,为预测轮胎爆破后碎片获得能量和爆破气流能量等提供数值参考,以便提出相应的安全防范措施。     

变转速旋翼直升机单发失效低速回避区分析

利用最优控制方法研究变转速旋翼直升机在遭遇单发失效时,旋翼转速对自转着陆低速回避区的影响。首先,以UH-60A直升机为样机,建立三维刚体飞行动力学模型,并分析低速范围内旋翼转速对直升机需用功率的影响。然后,在模型中加入单发失效后自转着陆阶段发动机输出功率以及旋翼转速变化方程,并利用直接多重打靶法将直升机单发失效后的自转着陆过程转换为非线性最优控制问题进行数值求解。最后,基于最小化回避区面积的思想,得到并分析直升机在不同旋翼转速下单发失效后的自转着陆低速回避区,以及回避区高悬停点、拐点和低悬停点对应的最优着陆轨迹和操纵过程。结果表明：随着旋翼转速的降低,直升机单发失效后的低速回避区首先会逐渐缩小,然后迅速增大。最小回避区对应的旋翼转速略高于最小需用功率对应的旋翼转速。适当降低旋翼转速不仅能有效降低直升机的需用功率,还有利于提高直升机单发失效后的自转着陆性能。     

某发动机壳体失效模式及失效分析

某发动机壳体使用30CrMnSiA板材卷焊成型,在内压力P下工作,壳体的环向应力为σ_c。当强度σ_b小于σ_c时壳体失效,其失效模式用下式表示:σ_c=P_(max)·R/H>σ_b (1)为应用方便,常改用下式表示:P_(max)>σ_b·H/R>P_b (2)式(2)表明,壳体的承载能力即最小爆破压力     

可重复使用复合材料气瓶设计及试验验证

为了适应未来重复使用运载器更高的重复使用性能要求,设计了一种航天用轻质高压可重复使用复合材料气瓶,采用金属内胆/复合材料层结构形式。复合材料采用T700碳纤维复合材料,金属内衬采用铝合金。采用有限元仿真和试验验证的方法对气瓶的强度和重复使用性能进行了分析和验证,其仿真爆破强度为81 MPa,试验爆破强度84 MPa,仿真与试验疲劳失效次数均大于1 200次。结果表明,所设计的重复使用复合材料气瓶满足23 MPa工作压力重复使用300次要求。     

X-Cor 夹层结构压缩强度有限元分析

利用有限元软件获得了X-Cor夹层结构的应力场,并对其压缩强度进行分析。提出了适合于X-Cor夹层结构失效机理分析的失效判据和材料刚度退化规则,明确其失效过程和模式。根据失效判据,采用有限元模型中发生刚度退化的单元及其分布模拟失效的类型及扩展路径,说明X-Cor夹层结构在压缩载荷下的失效机理。有限元研究表明:压缩过程中,树脂区首先失效,其次是Z-pin,主要的失效模式是Z-pin屈曲失效,失效单元的扩展路径有一定的分散性。通过有限元分析结果与试验值的比较,数值吻合较好,计算误差为-7.6%～9.5%。     

某型机燃烧室外套爆破故障剖析和安全使用寿命评估

针对某型机燃烧室外套发生的空中爆破故障 ,进行应力分析、断裂机理分析、爆破时剩余材样的板厚分析计算及不同焊接试片疲劳对比试验等 ,确定了故障发生的原因为原设计的纵向搭接焊缝不合理 ,不适于在交变载荷作用下使用。参照英军标Defstan 0 0 -971上轮盘的寿命评估方法 ,按疲劳寿命对数正态分布规律和搭接焊试片疲劳试验结果选定了外套的寿命散度系数 ,并把使用多年的外套都看成试验件 ,评估出了现役外套的安全使用寿命和失效概率     

双发直升机回避区曲线研究

针对直升机安全飞行和双发直升机回避区曲线更为复杂的问题开展了研究。首先,提出了双发直升机回避区双曲线的概念,并总结了双发直升机回避区曲线的关键参数点。然后,提出了一种基于功率/能量平衡关系的双发直升机回避区曲线的计算方法,对双发直升机单发失效(OEI)和全发失效(AEI)时的回避区进行了区分,并以垂直速率法确定了双发直升机低速回避区拐点和高速回避区起始点的速度。最后,进行了算例计算及结果分析。研究结果表明,所提出的垂直速率法在计算双发直升机回避区曲线时有较高的精度,得到的结论合理可行。     

复合材料层压板圆角区面外受载失效分析

为了研究复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于圆角区分层损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明:本文建立的有限元分析模型能较好地模拟复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,并且能较好地预测该结构的承载能力。     

APU 转子爆破对防火墙影响的研究

APU是安装在民用飞机上的辅助动力装置,是飞机上重要的部件,因此必须考虑APU 转子爆破时小碎片对飞机安全的影响。通过有限元软件LS-DYNA,分别模拟了APU 转子爆破时小碎片对APU 防火墙以及3种不同厚度加强板的冲击计算。根据数值计算结果,选择合适的加强板方案,既能防止防火墙碰撞区被小碎片击穿,同时付出的重量代价又较小。通过对APU 防火墙增加加强板,确保APU 转子爆破时飞机的安全 性,满足AC20-128A 的设计要求。     

共因失效相关同级叶片系统可靠性分析

为了准确地分析航空发动机的可靠性，针对航空发动机失效模式多、相关性复杂的特点，在考虑失效模式相关性的基础上，建立了共因失效相关的结构系统可靠性模型。采用蒙特卡罗法和近似数值分析法对航空发动机同级叶片系统在叶片静强度不足失效、叶片外缘变形碰摩失效及考虑2种失效模式下的可靠度进行了计算分析。分析表明与共因失效相关的可靠性模型相比，传统的不考虑失效模式相关性的可靠性模型使可靠度评估过于保守。近似数值分析法在保持与蒙特卡罗法计算精度相同的情况下，能够大幅提高计算效率。