复合材料热结构螺栓连接刚度试验分析方法研究

本文以C/SiC螺栓为例,研究复合材料热结构连接刚度的试验分析方法。分析了常温下预紧力矩与螺栓轴向力之间的关系,考虑高温对预紧力的影响并给出了预紧力矩修正公式。针对高温条件下难以获得螺栓真实预紧力、从而影响对热结构连接刚度进行正确判断的难点,建立了一种在高温条件下通过动力学试验获取结构连接刚度的技术途径,并采用典型连接件开展了相关的试验研究。     

双偏心螺栓组件力学性能分析研究

针对多偏心螺栓组件在飞机上的连接需求以及多重偏心状况影响的研究缺失,本研究结合传统偏心螺栓分析步骤与多重偏心极限位置分析与简化方案,提出了一套新型多重偏心螺栓组件分析流程。根据该流程计算分析了某型飞机上双偏心螺栓组件的偏心特性,综合考虑了多种偏心状况对该组件力学性能的影响,并且根据极限应力状况下的工况对结构参数完成了优化分析。结果表明,在小偏心状况下对于结构整体受力影响不显著;在组件大偏心情况下,当组件偏心方向与载荷方向相垂直时偏心结构会出现极限应力状态。该研究充分说明了新型多重偏心螺栓组件分析流程的技术可行性,也为实际的飞机零部件装配提供了较好的参考。     

柔性面对称星箭界面点式连接方案设计与分析

以某型柔性、面对称的星体采用有限数目分离螺栓与运载火箭连接的方案为例,针对分离螺栓的载荷和强度,开展工程经验方法和有限元的对比分析。为解决分离螺栓强度不够问题,在分离螺栓的型号、数目和连接位置等约束不变的前提下,研究分离螺栓减载方法,提出一种增加小型辅助结构传递界面弯矩的改进方案,有效降低了分离螺栓载荷,分析结果表明该方案具有可行性。本文提出的界面载荷传递设计方法,对柔性飞行器与运载器采用点式连接的方案设计具有较重要的参考价值。     

螺栓根部裂纹的弱磁检测技术研究

传统无损检测方法很难解决火电厂高温螺栓根部裂纹的在役检测问题。本文应用弱磁检测技术采用中孔穿过法对火电厂高温螺栓根部的预制人工裂纹进行检测,计算检测磁信号梯度值,并运用概率统计中3σ法判断裂纹缺陷。结果表明:对于内外径差值达34 mm的高温螺栓,高精度测磁传感器对其根部裂纹有较好的检测效果,验证了弱磁检测技术在高温螺栓根部裂纹在役检测中的可行性。     

低速冲击复合材料层合板的机械修补参数研究

对于铺层材料为T300/双马树脂的复合材料层合板,研究了低速冲击损伤条件下机械修补的影响因素。考虑机械修补填充效应和装配干涉量、螺栓预紧力、界面摩擦力对修补强度的影响,针对低速冲击复合材料层合板的机械修补,建立了三维的有限元模型,有限元计算结果与实验结果吻合良好,从而机械修补模型是有效的。进一步有限元计算分析表明:1)金属填充装配的干涉量存在最优值;2)摩擦系数的增大可有效地提高修补结构压缩破坏强度;3)较大模量比修补结构的强度较小;4)存在最优的螺栓拧紧力矩,在此拧紧力矩下修补件的修补强度最高。     

带预紧力受剪螺栓连接刚度分析

为了很好的模拟带预紧力受剪螺栓的复杂应力状况,本文应用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真,利用降温法模拟了螺栓的预紧力,给出了螺栓连接刚度计算公式,通过一系列不同厚度构件的螺栓连接刚度计算,得到了构件厚度与螺栓连接刚度间的关系曲线;为复杂结构中螺栓连接的简化计算提供了可靠参考依据.     

考虑滑移的螺栓连接动力学建模方法

螺栓连接结构受载时经常会出现滑移，这种滑移会影响结构的动力学性能，继而对结构的性能和寿命造成影响。本文以双螺栓连接结构为对象，通过实验和数值仿真手段研究滑移对结构模态特性的影响。实验结果表明，预紧力的增大会导致共振频率上升，而随着激励幅值增大，共振频率下降且每个周期能量耗散量对模态力的梯度增大。基于实验结果，结合考虑滑移的Iwan模型理论，建立非线性动力学模型，应用四阶龙格库塔法进行求解。根据计算结果对宏观滑移情况下的结构模态进行分析，发现此时二阶弹性模态中的共振频率下降量增大，能量耗散量对模态力的梯度降低。该数值计算模型可以很好地表征螺栓连接结构的模态特性，且计算效率高。     

基于压电阻抗技术和BP网络的结构健康监测

以装有多个螺栓和多片压电元件(PZT)的铝梁为实验对象,研究激励频率对PZT导纳值的影响以及PZT传感器感知较近螺栓松动与较远螺栓松动的灵敏性.构建BP网络,以各个螺栓分别松动时所测得的所有压电元件的导纳值作为网络的模式样本,输入到神经网络进行训练.实验结果表明:PZT传感器的导纳谱能灵敏地反映结构状态的微小变化;且离松动螺栓近的PZT导纳谱的变化远大于离松动螺栓远的PZT的导纳谱的变化;对于同一PZT传感器,激励频率不同,其阻抗变化量不同;选取PZT阻抗值变化明显的频率点来构成神经网络输入向量,训练后的BP神经网络能够快速并精确地判断出松动的螺栓位置.     

螺栓连接件剪切疲劳寿命分散性试验研究

针对螺栓连接件疲劳寿命分散性问题，对某型飞机机翼主梁上的一种典型螺栓和连接孔进行测量，获得栓孔的配合间隙分布数据。并是隙影响的Ｐ－δ曲线，对螺栓连接件进行寿命估算和验证试验，得出相当吻合的结论。为飞机结构关键部位的螺栓连接件设计，特别是忆配合间隙的选择技术基础。     

冲击多斜孔壁中冲击孔与多斜孔相对开孔位置对换热特性的影响

用数值计算的方法研究了冲击多斜孔壁复合冷却中冲击孔与多斜孔相对开孔位置变化对换热特性的影响。研究发现,随着冲击孔与多斜孔偏距位置变化,两壁狭缝中冲击效果变化显著,多斜孔冷侧壁面冲击换热系数分布规律发生相应变化。偏距位置的变化会使得冲击孔两侧多斜孔抽吸作用不对称,导致位置较近的多斜孔侧涡漩难以形成,削弱了换热效果。当多斜孔在冲击孔两侧对称分布时,总体换热效果较好;而非对称分布时,有利于局部换热增强。     

纤维泊松收缩对陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的影响

采用细现力学方法研究了纤维泊松收缩对陶瓷基复合材料迟滞回线的影响.采用库仑摩擦法则描述脱粘区界面剪应力分布,结合拉梅公式得到了界面脱粘区和粘结区的细观应力场.根据卸载与重新加载时纤维相对基体滑移机制,分析了加、卸栽纤维轴向应力分布,假设纤维轴向应力在界面脱粘尖端连续得到了初载时界面脱粘长度ls、卸载时界面反向滑移长度y以及重新加载时界面滑移长度z',讨论了纤维泊松比、纤维体积百分数和界面摩擦系数对加卸栽界面滑移长度、迟滞回线的影响.由于考虑了纤雏泊松收缩的影响,预测的迟滞回线面积及卸载残余应变大于Pryce-Smith模型预测值.     

高温动力学模型误差定位与修正方法研究

根据高温结构动力学特点,给出了复杂结构误差定位方法和模型修正方法,分别比较了振型差值法、力平衡法、COMAC法等误差定位方法的优缺点,给出了一种比较工程应用的修正参数确定方法。以典型壁板结构为研究对象,开展了热模态试验与修正方法研究,修正后的计算结果与试验结果吻合较好,验证了方法的有效性。     

机动弹头舵轴热环境分析

机动弹头舵轴热环境是高超声速飞行器热防护系统设计中需重点考虑的局部问题,舵轴缝隙中流动结构极其复杂,且舵轴局部热环境峰值相对于大面积区域要严重得多。针对高超声速机动弹头舵轴热环境问题,结合数值模拟方法和激波风洞试验,研究了舵轴热环境随迎角、舵偏角、马赫数和飞行高度等参数的变化规律。结果表明,对于十字布局的气动舵,大迎角时水平舵轴热环境最为严酷;在小迎角条件下,水平舵轴无量纲热流随舵偏角和马赫数逐渐上升,但在大迎角情况下,马赫数和舵偏对水平舵轴无量纲热流的影响较小。在此基础上,建立了适用于舵轴热流峰值预测的四参数插值拟合方法,可用于舵轴峰值热环境随飞行历程的快速预测。     

低温液体火箭发动机高压静密封有限元分析

以某型号液体火箭发动机的推力室燃料阀出口法兰静密封结构为研究对象,针对法兰连接结构特点,运用有限元方法建立了管路-阀门-推力室模型,通过热-结构耦合计算分析表明:在温度和压力的共同作用下,推力室燃料阀出口法兰变形导致密封面微小分离,造成垫片局部压紧应力大幅减小,可能引起推进剂泄漏并起火。在通过上述分析定位泄漏原因并预测泄漏率之后,又建立了参数化的螺栓-法兰-垫片密封性分析局部模型,基于柔性石墨垫片的基本性能试验数据,计算分析了垫片厚度、螺栓预紧力等结构因素对静密封性能的影响,理论上验证了增加预紧力,增厚密封垫片等密封改进措施的有效性。     

联轴器螺栓紧固件循环载荷作用下的应力分布

循环载荷作用下联轴器螺栓紧固件的应力状态对联轴器的失效分析具有重要意义。本文采用螺纹精确几何结构建模方法以及商用有限元软件ANSYS对联轴器的螺栓螺纹进行了有限元建模,对螺栓循环载荷作用下的自松弛进行了分析,并进一步分析了循环载荷作用下的螺栓头接触面应力分布及变化情况,通过试验进行对比验证。本文研究揭示了螺栓自松弛的原因及机理,为深入研究联轴器螺纹螺栓的预紧可靠性提供了参考。     

大螺距数控螺旋铣削飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷抑制方法（英文）

研究了大螺距数控螺旋铣削(NC orbital milling,NCOM)飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷的抑制方法。对比试验表明,毛刺、孔检非一致性和误差是典型的界面缺陷,其中大螺距螺旋铣削制孔时孔径非一致性和误差比毛刺更为严重。作为影响界面缺陷的主要因素,对轴向力和径向力进行了深入研究。从螺旋铣孔(Orbital milling,OM)的加工机理和叠层制孔的实际工况出发,对CFRP/Ti6Al4V叠层结构进行了不同切削条件下大螺距NCOM制孔试验,分析了叠层夹紧、切削参数、微量润滑(Minimal quantity lubrication,MQL)、以铣代铰、层间变速等方法对界面孔径的影响。研究结果表明,层间夹紧、层间变速及MQL均可有效抑制界面孔径对接超差缺陷。当采用一把刀具加工不同尺寸孔径时,轴向进给对界面孔径精度的影响比切向进给显著;当采用多把不同加工同一尺寸孔径时,小直径刀具会降低一次加工时界面孔径精度,但可以采取"二次以铣代铰"方法改善孔径加工精度。     

笛形管结构参数对热气防冰凹腔表面温度分布的影响

运用数值模拟方法,研究了笛形管射流孔直径、射流孔间距、周向位置和笛形管位置等结构参数对凹腔表面温度的影响。研究结果表明:在本文所研究的结构参数范围内,笛形管射流孔直径对凹腔前缘表面的温度影响最大,不同孔径的热射流加热效率相对差值达7%。存在一定的射流孔间距范围,使得凹腔表面温度得到一较优值,其对热射流加热效率的影响幅度在4%左右。笛形管周向射流孔安装角为±35°时,凹腔前缘的热射流加热效率相对较高,笛形管中心接近于凹腔前缘可以取得更好的热射流加热效果,但其对热射流加热效率的影响仅在2%以内。     

GH706晶格错配的非线性超声检测

研究镍基高温合金GH706微观结构中晶格错配的非线性超声检测可行性。对经过固溶、稳定化、时效处理的合金进行金相、SEM、TEM检测,对不同热处理制度下GH706的平均晶粒尺寸进行定量提取,对共格界面类型进行定性分析;测量硬度,分析固溶强化及共格应变对硬度的影响;进行非线性超声检测,计算非线性系数,比较非线性系数、硬度、相界结构类型之间的关系。结果表明:时效强化为合金硬度主要影响因素时,非线性系数与硬度之间存在强相关性;非线性系数对晶界结构变化敏感,时效处理过程中的晶格错配是超声非线性的主要来源;非线性系数随着晶格错配程度的增加而增大,在非共格界面时达到峰值,随后逐渐下降。非线性超声检测技术可用于GH706晶格失配的定性无损评价。     

典型冲击载荷下螺栓法兰连接结构失效模拟

基于某含剪力锥销螺栓法兰连接结构,通过模型简化,建立三维有限元模型。模拟了螺栓预紧力加载过程,倾覆力矩和纯剪切两种瞬态载荷下连接结构的失效过程。得到连接结构的失效规律以及在不同载荷下螺栓的失效模式。分析了影响结构失效的因素,并定性给出了提高结构强度的建议。为螺栓法兰连接结构动力学应用设计提供参考。     

不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命影响研究

通过对不同预腐蚀时间下搭接件疲劳试验和断口宏微观的分析,得到不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命的影响规律。引入应力强度因子影响系数β用于修正微动效应对搭接件孔边裂纹应力强度因子的影响,针对不同腐蚀时间裂纹成核位置不同,利用裂纹扩展分析软件AFGROW建立了考虑微动影响的两种疲劳寿命计算模型。研究结果表明:微动和腐蚀的交互作用使搭接件的寿命减少更大,对于未腐蚀和腐蚀较轻的搭接件,由于微动作用,裂纹一般起源于螺栓孔处靠近螺栓孔沉孔区的螺栓体区,微动损伤占主导;对于腐蚀较重的搭接件,腐蚀占主导作用,裂纹一般起源于孔壁与接触面相交处。在考虑微动影响下,疲劳寿命预测值与试验值吻合较好,模型更加合理。