铝锂合金机身壁板抗压能力对比

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板的抗压能力。通过分析验证得到了两种机身壁板的抗拉承载能力,并比较出了两种壁板的抗压承载能力强弱。分析结果表明,铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗压承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。     

先进铝锂合金机身壁板结构承载能力研究

铝合金是目前飞机蒙皮,长桁和框的首选材料。但第三代铝锂合金在密度、断裂、疲劳、耐腐蚀方面明显优于常规铝合金。因此,铝锂合金正逐步在机身结构中得到应用。本文通过有限元模拟和试验相结合的手段对铝锂合金机身壁板结构的压缩、拉伸和剪切承载能力和变形形式进行了分析。研究结果表明,铝锂合金机身壁板结构和常规铝合金壁板结构的失效模式是一致的。     

国产客机机身壁板搅拌摩擦焊工艺研究

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)技术以其可靠、绿色、高效的特点,在飞机铝合金壁板结构件连接中具有独特的优势和广阔的应用前景,为国产大型客机的安全使用、高效生产、环境保护提供了崭新的技术选择.铝锂合金具有密度低、比强度高、耐腐等优点,应用于机身壁板制造时,结构件可减重约10％.目前,第三代铝锂合金(如AlLiS4等)很有可能取代现用的2XXX系和7XXX系列铝合金成为国产客机使用材料.客机机身壁板结构通常是"Z"或"L"形长桁与蒙皮铆钉连接结构形式,但是铆钉连接工序复杂,生产效率很低,受操作工人经验影响较大.     

双光束激光焊接技术在民用飞机上的应用现状及发展

20世纪90年代起,经过近10年的研究,空客公司成功将双光束激光焊接技术应用于铝合金机身壁板结构,替代了传统的铆接结构,使飞机机身的结构概念从组装结构过渡到整体结构。该技术针对机身壁板的蒙皮-长桁结构,利用两台完全相同的CO2激光器在长桁两侧进行双侧同步焊接,该技术避免了传统的单面焊双面成形工艺对蒙皮完整性的破坏,具有极大的优越性。     

气囊硬度对固化后帽型长桁厚度的影响

为满足宽体客机机身轻质高强的要求,机身复合材料蒙皮需要长桁的支撑以提高复合材料壁板的刚度。为获得厚度均匀性良好的帽型长桁加筋壁板,对帽型长桁加筋壁板成型工艺中真空袋囊芯模的方法进行了改进,提出了一种硅橡胶囊芯模与真空袋囊芯模相结合的方法,获得了厚度均匀性良好的帽型长桁壁板,满足机身复合材料帽型长桁-蒙皮共固化成型时尺寸精度的要求。利用有限元仿真方法,研究了硅橡胶囊芯模截面尺寸、硅橡胶材料属性对长桁厚度均匀性的影响,结果发现所用硅橡胶囊芯模硬度越大,长桁尺寸均匀性越差。不同条件下所得长桁厚度对理论分析的准确性进行了验证。考虑硅橡胶硬度对长桁尺寸均匀性及工艺操作性的影响,最终选定所用硅橡胶气囊硬度为50HA,所得蒙皮-长桁实际测量的平均厚度与理论厚度偏差小于6%,细观分析发现蒙皮-长桁连接处纤维走向没有发生变形。     

整体壁板损伤容限特性与修理技术研究

用有限元和断裂力学方法分析大型飞机机身整体壁板的破损安全特性。以一个十四桁条的铝合金整体加筋板为例,计算了裂纹从中部蒙皮向两侧均匀扩展并跨过筋条的应力强度因子,并和相同构型的铆接壁板进行了结构对比。应用ANSYS对整体壁板及损伤后双面修补壁板进行有限元分析。研究不同厚度补片对损伤壁板、修补长桁、内外补片受力的影响。选取典型位置研究局部刚度加大对整体壁板传力特性的影响。     

从A350XWB看大型客机的选材方向

空客公司认为,A350XWB的选材少了一些教条主义,目的是充分发挥各种材料的优势.在结构材料中,复合材料的结构重量高达53%、包括铝锂合金在内的铝合金占19%、钛合金占14%、钢占6%,其他8%.复合材料主要用于机翼蒙皮、桁条及翼肋,在机身上主要用作蒙皮、机身骨架、隔框及大梁,平尾及垂尾也由复合材料制成.A350XWB的地板梁.翼肋及起落架舱门用铝及铝锂合金制造,钛则主要用作发动机吊挂、连接件以及起落架材料.     

典型飞机壁板结构的抗屈曲优化设计与试验验证

加筋壁板是飞机机身和机翼中常见的典型承力结构,其在轴压和机身弯矩载荷作用下极易发生屈曲失效,严重制约飞行器安全性能与服役周期。飞机结构静强度校核时多采用经验公式进行工程计算,其中加筋壁板结构承载能力的工程计算与机身框结构端部支持系数的选取密切相关。现有飞机型号研制中端部支持系数的选取通常较为保守,结构安全裕度大、质量冗余,阻碍了飞行器轻量化水平的进一步提升。为此,首先基于欧拉长柱失稳理论,建立了基于切缝法的典型飞机壁板结构端部支持系数仿真计算模型;同时深入分析了端部支持系数与加筋壁板结构和支撑框段的耦合作用关系;进一步地,分析了框、长桁等结构特征参数对端部支持系数的影响规律,并分别开展了框、长桁-蒙皮以及框-长桁-蒙皮协同优化的飞机壁板结构抗屈曲设计;最后,基于增材制造缩比样件和轴压屈曲试验,验证了典型壁板结构抗屈曲优化设计方法的有效性。所建立的仿真分析模型和优化设计方法实现了飞机壁板结构抗屈曲性能的有效提升,对进一步提升飞机性能指标具有重要意义。     

复合材料加筋壁板长桁蒙皮剥离失效分析

为了研究复合材料加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,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,而对于蒙皮与长桁缘条之间脱胶损伤的起始与扩展,则采用Cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板蒙皮与长桁在纯弯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加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,并且能较好地预测该结构的剥离强度。     

民用飞机壁板蒙皮及长桁布置结构优化设计

机身壁板是飞机结构设计的重要承载组件,轻量化、高效率、共通性设计及优化是民机设计关注的重点。首先提出一种耦合ABAQUS的Buckle分析及ISIGHT优化的设计方法,利用自编子程序获取ABAQUS屈曲特征值,将特征值输入ISIGHT中计算临界屈曲载荷,同步更新变量参数及ABAQUS文件并提交计算,迭代分析直至优化流程结束。采用上述方法考虑轴向压缩载荷情况,以壁板整体重量最小为优化目标,疲劳应力值为约束条件,对单曲度金属机身壁板的蒙皮厚度,长桁数量及长桁截面厚度等几何参数进行优化。在满足壁板结构承载能力及总重量最小条件下,综合考虑结构载重比,临界应力及壁板加筋比,对比分析出一组最优参数,并与工程算法结果对比吻合程度较好,两者相对误差为3.73%。该优化思路实现FEA平台与优化工作一体化,可用于复合材料壁板设计及结构件减重优化工作,一定程度上可缩短零组件设计周期。     

整体加筋壁板的破损安全特性与断裂控制分析

用有限元和断裂力学方法分析大型整体机翼下壁板的破损安全特性。对一个九桁条铝合金整体加筋板,裂纹从断裂筋条下向两侧均匀扩展的开裂形式,进行了应力强度因子和剩余强度计算,并和另一个具有相同构形的铆接加筋板的结果进行对比。当裂纹长度在两倍桁条间距以内时两种加筋板的剩余强度水平相当。但是当整体壁板中的裂纹穿过外侧相邻桁条时,整体桁条的止裂能力逐渐减弱。研究对整体壁板蒙皮胶接止裂条的断裂控制措施及有限元建模分析方法,描述止裂条胶层局部脱粘的处理方法和迭代过程。止裂条材料分别选用了钛合金和单向层压复合材料。计算结果说明胶接止裂措施能显著提高整体加筋板的破损安全性能。     

Cu含量对2219铝合金锻件及其焊接接头组织与性能的影响

采用力学拉伸实验、焊接实验、电化学阻抗谱(EIS)、循环阳极极化曲线(Tafel)以及金相和扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究Cu含量对2219铝合金锻件组织与性能的影响。结果表明:降低Cu含量,有利于减少2219铝合金基体内的残余结晶相,并有效抑制在合金焊接过程中粗大Al_2Cu相的析出,使基材和焊件的伸长率显著提高,强度略有下降;Cu在铝基体中形成Al_2Cu相诱导合金发生局部腐蚀,使材料的耐腐蚀性能变差,降低Cu含量能够减小合金的腐蚀倾向,改善合金的耐腐蚀性能。     

复合材料加筋筒段压载荷承载能力优化

复合材料加筋筒段是航空航天领域广泛采用的结构构形,其结构形式决定了重量及承压能力。为了研究加筋筒壁的承载能力,分析筋条间距、筒段长度和四种典型工程筋条截面的影响;以结构轻重量为目标函数,结构临界屈曲载荷、筋条局部屈曲载荷为约束,采用梁轴惯性矩平移模型,对复合材料筒壁0°、±45°、90°各铺层总厚度和筋条截面尺寸进行优化。结果表明结构轻重量设计中τ型桁条最有利,并得到其设计曲线,为工程设计应用提供参考。     

局部拉弯应力对民机蒙皮2024-T3铝合金剥蚀行为的影响

 根据弯梁法自制简易加载装置,结合电化学阻抗谱(EIS)测试方法,研究了民机蒙皮2024-T3铝合金在局部拉弯应力作用下浸泡于剥落腐蚀(EXCO)溶液中的剥蚀行为。结果表明,合金在发生剥蚀时,EIS中将出现2个时间常数。2024-T3铝合金加载试样的EIS在12 h时出现2个时间常数,而未加载试样的EIS在12~24 h之间才出现2个时间常数,且通过对比剥蚀过程中2种试样EIS的拟合数据,说明局部拉弯应力对2024-T3铝合金剥蚀的发生及发展具有促进作用。     

Tensile properties analysis of CFRP-titanium plate multi-bolt hybrid joints

Hybrid joints have better tensile properties than pure bonded and bolted bolts, and are increasingly used in the aerospace field. Tensile tests are carried out for the Hybrid Bonded/Bolted(HBB) joints of Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) laminate and titanium alloy plate under different bolt numbers, and the corresponding load–displacement curves are obtained. At the same time, based on Continuum Damage Mechanics(CDM) theory, which is derived from 3D Hashin failure criteria, and a Cohesive Z...     

蜂窝夹层板内埋件的承载力研究

描述了蜂窝夹层板内埋件的承载力检测条件和结果,分析了埋件材质及埋件周围填胶量对其承载力的影响。结果表明:相同技术状态下,铝合金与镁合金埋件的承载能力基本相当,而镁锂合金埋件的最大弹性变形载荷与铝合金和镁合金埋件基本相当,但其首次失效和最大破坏载荷相对较低;对于同种材质的埋件,适当增加填胶量,更有利于提高埋件的承载力。研究结果可作为产品设计优化的基础依据。     

金属加筋壁板蒙皮有效宽度分析方法

民用飞机机身、机翼的壁板、气密框以及翼梁结构为典型的壁板加筋结构,在承受压缩载荷时需考虑成由蒙皮与筋条组成的复合剖面共同承载,其通常为中长柱,工程分析时常取30倍的蒙皮厚度作为蒙皮有效宽度。取30倍的蒙皮厚度作为蒙皮有效宽度存在着一定的保守性,介绍了Von Karman迭代分析方法、有限元分析方法及常用的工程分析方法。在加筋壁板结构的轴压承载能力计算中,蒙皮有效宽度的确定是较为关键的设计因素,对飞机机身、机翼结构效率的提高和重量控制至关重要。随着加工能力的提升,虽然部分壁板结构由组合式逐渐过渡到了整体机加形式,但所述方法仍有一定的借鉴意义,对目前国内外常用的金属加筋壁板有效宽度的工程分析方法进行了研究,并结合有限元分析对工程分析方法进行了验证。     

5A06铝合金超快变换极性VPTIG焊接工艺

研发了一种适用于铝合金材料的新型超快速变换变极性焊接工艺,以5A06为焊接对象,通过X射线探伤、拉伸试验、金相分析以及扫描电镜等手段对超快变换VPTIG焊接工艺进行了试验研究.试验结果表明,超快变换变极性,11G焊接工艺能够显著改善和提高5A06铝合金的焊接质量.