复合材料补片参数对修理后金属结构疲劳性能的影响

为评估复合材料补片参数对修理后金属结构疲劳性能的影响,本文基于复变量Green函数方法,利用AF-GROW软件建立了复合材料补片胶接修补损伤飞机金属结构裂纹扩展寿命分析模型.研究结果表明:(1)该模型精度较高,可以满足工程要求;(2)修理结构的裂纹扩展寿命随着补片宽度的增大而增加,但增幅越来越小,寿命变化曲线趋于平稳,(3)由于无法考虑脱粘扩展,结构修理后的裂纹扩展寿命随补片厚度只呈现上升趋势;(4)在可达性满足的情况下,宜对含裂纹结构进行双面修理.     

曲面复合材料胶接修补参数优化

随着复合材料在航空结构上的应用越来越广泛,国内外对受损复合材料结构的修补问题开展了较多的研究,但目前所开展的研究基本上是针对平板结构的修补,曲板结构修补的研究开展很少,所以迫切需要开展这方面的研究。本文针对曲板复合材料孔洞型穿透性损伤,采用方形复合材料补片胶接贴补方式,对影响修补效率的多个胶接参数进行了分析计算。在有限元分析中,考虑到曲面复合材料的外形特殊性,及胶接修补的特点,建立了修补结构的力学分析模型:“三实体模型”。有限元分析采用ANSYS软件,所得结论对工程应用具有实用价值。     

含边缘裂纹铝合金厚板的复合材料双面修补研究

采用表面打磨,80℃、接触压固化的方法,利用碳纤维/双马复合材料预固化补片对边缘裂纹的铝合金厚板进行双面胶接修补,测试修补前后的静态和疲劳性能,并结合高低温老化和常温油浸试验考核其耐煤油性。结果表明:修补后平均破坏载荷由94.313 kN增加到143.593 kN,提高了52.25%;疲劳寿命由2 019次循环增加到34 698次循环,提高了16.19倍;临界裂纹长度由13.5 mm增加为27.5 mm;裂纹扩展速率由2.72 mm/1 000循环降低为0.59 mm/1 000循环。在300次循环高低温油浸及180 d的常温油浸试验条件下,燃油对试验件疲劳性能无影响,同时修补试验件对煤油品质无明显影响。     

复合材料胶补飞机损伤金属结构疲劳寿命分析

针对复合材料单面胶接修理飞机损伤金属结构疲劳寿命分析时,多种失效模式耦合作用、残余热应力和附加弯曲力矩以及裂纹非均匀扩展的影响,提出了一种能够综合考虑上述影响因素的复合材料修理损伤金属结构疲劳寿命评估方法。算例分析结果与试验结果吻合,表明本文方法可为复合材料单面胶接修理损伤金属结构疲劳寿命估算提供参考。     

飞机连接耳片故障诊断疲劳损伤评估专家系统

连续耳片是飞机上的重要部件，其使用环境恶劣，极易出现故障引起失效。本文根据大量的数据、表格和曲线，用Delphi程序设计构造了专家系统的知识库及推理机，从静强度、疲劳强度、疲劳寿命、断裂损伤、临界裂纹及裂纹扩展寿命等方面，结合材料性能、表面加工、干涉配合、大气环境及表面强化等因素，对飞机连接耳片进行疲劳损伤容限的评估。提出了用剩余强度裕度、疲劳裕度、断裂判据、临界裂纹长度、挤压系数、耳片疲劳额定许用基准值、耳片孔边单裂纹综合构形因子、耳片几何因子、耳片试验试件系数、试验可靠性系数、置信系数和特征寿命等参数进行评估的方法。     

涡轮榫接疲劳寿命评估及验证：研究现状及展望

介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状，分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势，重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明：现有的分析和试验方法能基本实现涡轮榫接的疲劳寿命评估，但由于各种局限性，工程适用性亟待提高，仍需稳健的载荷降阶分析方法、基于物理机制和数据驱动的寿命评估方法、载荷历程相关的裂纹扩展寿命评估方法和复杂热力环境下的试验技术，从而建立先进航空发动机涡轮榫接结构疲劳寿命评估及验证体系。     

基于剩余强度的复合材料补片形状优化研究

以复合材料层合板的圆形孔洞损伤为例,利用三维有限元模型分析了六种不同形状补片修补结构在受纵向拉伸时的应力分布情况.分别仿真了常规形状的补片以及混合型形状的补片修补情形,同时利用由剩余强度理论和局部应力应变法相结合得出的数学模型,对各种修补模型进行了剩余强度的计算.通过计算得出,带倒角矩形、两圆相交型等混合型补片对损伤母板进行修理后其强度恢复明显,应力峰值较小.混合型形状补片对复合材料贴补修理有一定的指导意义.     

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     

发动机喷管延伸段振动疲劳评估方法

发动机喷管延伸段由管束式排放冷却段和气膜冷却单壁段组成,发动机运行过程中会受到较高应力、宽频振动以及高温环境等影响,因而在受力集中部位、焊缝最大应力区等薄弱环节比较容易出现裂纹等破坏形式。本文给出发动机喷管延伸段在高温高压环境下的静动强度、刚度、和薄壁结构常温下振动疲劳分析方法。建立了发动机喷管延伸段有限元分析模型,根据仿真分析结果评估结构强度是否满足设计要求,运用多种分析手段查找结构设计的相对薄弱环节,提出通过高温静强度和刚度以及疲劳寿命分析,并根据疲劳寿命反馈进行结构优化,为结构设计提供有效参考。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

飞机复合材料气动冲击响应抑制技术研究

由于高频涡流的作用,飞机局部复合材料构件承受面外气动冲击载荷,产生累积疲劳损伤.本文通过在复合材料壁板表面粘贴压电驱动器,采用传感器测量构件在气动冲击下的响应,应用自适应振动前馈原理,控制驱动器的驱动应变,从而抑制其动态响应,达到减小累积疲劳损伤的目的.试验结果表明,主要模态的应变幅值能够得到有效抑制.     

紫外固化环氧树脂复合材料及其修补性能研究

为了推进紫外固化技术在树脂基复合材料的制备及结构修补中的应用,制备了紫外固化环氧树脂基复合材料并进行力学性能测试和微观组织分析。在此基础上,采用紫外固化复合材料对含人工缺陷的层合板试样进行了修补。结果表明,与热固化复合材料相比,采用紫外固化技术制备的复合材料具有良好的综合力学性能,复合材料中树脂基体与纤维之间结合良好;紫外固化复合材料制成的修补贴片对缺陷试样的修补效果显著,修补后试样的拉伸强度可以达到标准试样的84.1%,是缺陷试样的1.21倍。实验证明采用紫外固化复合材料修补贴片对缺陷进行修补是一种快速、有效的修补方法。     

金属结构损伤复合材料微波修复的实验研究

研究一种利用微波修复金属结构损伤的新技术,阐明了微波修复机理,探讨了界面形成与快速固化理论。复合材料微波修复通过在修复区注入微波吸收剂提高导电磁率来吸收微波辐射,并将微波能转换为热能,利用特殊设计的微波施加器发射微波可以使热量直接加在修复区而不加热整个结构。本文还提供大量的实验数据,表明微波修复试件的强度高于传统方法修复的试件,微波修复技术适合于现役飞行器在各种环境下的外场快速修复。     

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。     

具有光纤神经系统的新颖复合材料结构的发展及展望

本文综合介绍了近年来国外迅速发展的具有光纤神经系统的新颖复合材料结构的研究成果及发展趋势。提出了埋设于复合材料内部的光纤系统将成为未来飞行器结构的“神经网络系统”而使结构成为“智能结构”等新概念。文章较详细地阐述了这种新颖结构在制造和使用过程中在应变、变形、固化、损伤、疲劳等检测方面的具体应用及发展趋势。     

Analysis for Transmission of Composite Structure with Graphene Using Equivalent Circuit Model

A simple analytical method is presented to analyze the transmission of electromagnetic plane waves through multilayer stacked composite two-dimensional （2D） structures at microwave frequencies. Unlike the traditional structure, high impedance surface with graphene sheet is proposed. The structure includes graphene and thin metal patches and meshes. Simple analytical formulas are introduced for the surface impedance of graphene and for the grid impedance of electrically dense arrays of metal square patches or strips. The result of transmission proper- ties is based on the dynamic tunable model of the high impedance surface, which considers the surface conductivity of graphene layer. The transmission coefficient obtained by using the equivalent circuit method is validated against full-wave numerical simulations. The considered equivalent circuit method can be useful in the design of graphene tunable planar devices.     

长桁与蒙皮脱粘对复合材料加筋板承载能力影响分析

复合材料结构在制造和使用过程中,难免产生分层损伤,这些损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。针对复合材料加筋板,采用有限元动态显式分析方法,分析长桁与蒙皮脱粘面积对加筋壁板结构屈曲和后屈曲承载能力的影响。在ABAQUS商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,实现加筋板轴压载荷作用下的渐进式失效分析。建立了脱粘面积与结构承载能力之间的关系,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。     

三维编织复合材料力学性能的实验研究

本文考察了三维编织方法的发展历史及应用背景,针对不同的编织方法,研究了所产生的编织复合材料基本“单胞”结构,以及不同编织参数对复合材料构件基本力学性能的影响,着重比较研究了二步法及四步法所形成构件与层合板构件的结果。采用反射光弹技术考察了编织复合材料的孔边应力集中现象,得到了有益的结果。本文针对三维立体织物的特点,研究使用了RTM成型工艺,得到了较好的编织试验件。