大型飞机整体壁板损伤断裂分析方法

通过对大型飞机整体壁板结构的损伤断裂特性分析,在壳体断裂力学统一计算理论框架下,将扩展有限元应用于大型飞机整体加筋壁板结构损伤断裂计算;实现了大尺寸加筋板壳结构断裂参数的精确求解;通过采用基于应力强度因子和能量释放率的三维壳体断裂准则,建立了以结构重量、裂纹扩展长度和壳体剩余寿命等多参数设计目标的大型飞机整体壁板损伤断裂分析方法,以及综合考虑壁板厚度、加筋截面面积和间距的参数优化方法,并给出了工程试验件的设计与验证结果。     

大型整体壁板成形技术

 大型整体壁板是现代先进民用飞机的重要结构件,大型整体壁板成形技术是整机研制过程中所必须要解决的重大关键技术。从大型整体壁板的结构特点出发,介绍了整体壁板的结构形式和分类,重点阐述了整体带筋壁板喷丸成形技术和时效成形技术的国外研究应用进展及发展趋势,分析了国内现有整体壁板成形技术的基础和存在问题,特别介绍了国内在ARJ21新支线飞机研制中所取得的最新进展。最后针对中国大飞机研制的紧迫需求,提出了尽快开展大飞机机翼和机身整体壁板成形技术研究的建议和对策。     

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。     

大型机翼整体壁板系统化喷丸成形技术

大型机翼整体壁板是现代大型飞机重要的大型承力整体结构件并且通常直接构成飞机的气动外形。喷丸成形是现代大型轻质高强铝合金整体壁板件成形制造的首选技术方法，但如何实现大型机翼整体壁板的精确喷丸成形一直是现代航空制造技术领域的一个难点问题。针对这一工程问题，本文采用系统化的方法，将影响大型机翼整体壁板喷丸成形精度的因素分解为壁板平面板坯误差、成形参数设计准确度、成形参数控制精度、环境因素。针对这些因素，采用基于变形位能最小的板坯优化设计来减小由板坯导致的成形误差；采用数据拟合、人工神经网络以及解析模型计算相结合的喷丸成形参数综合设计方法来提高喷丸参数设计的精度和效率；建立了板坯修正模型以修正环境温度、喷丸设备参数波动等因素对成形件形状和尺寸的影响；对于从喷丸设备上下线后仍存在的外形贴模误差，则采用手提喷丸机进行局部的渐进式校形喷丸至外形贴模。壁板喷丸成形的工程实践表明，本文所提出的系统化方法能够有效提高大型机翼整体壁板喷丸成形的精度和效率，并可满足工业生产的需求。     

大型复合材料壁板成型技术

复合材料以其高比强度、高比刚度、可设计性强、易于整体成型等优点,在航空业广泛应用,是航空四大结构材料之一,已成为航空产品换代式的标志.随着技术的发展,复合材料的航空应用日益广泛,尤其是大尺寸整体成型的复合材料制件越来越多.大型整体化的复合材料壁板会起到较好的减重效果,明显提升飞机的整体效能,如航程、挂载等;可提高机体结构强度和疲劳寿命,使机体结构的整体性更好;可简化装配工艺,装配型架更加简单,紧固件、零件数量也大大减少.目前国外在军、民机上已大量应用大尺寸复合材料壁板,如机翼壁板、机身壁板等,相关的成型技术也比较成熟,实现了机械化、数字化,具有规范化的材料体系、设计体系、工艺体系以及检测体系.     

大型机翼整体壁板时效成形技术

 分析了单级时效、双/多级时效、振动时效以及应力位向效应等工艺措施和因素对铝合金机翼整体壁板材料时效成形特性的影响,得到以下结论：应采用双/多级时效处理,以提高成形后壁板材料的综合性能;应采用振动时效应力松弛,以加速应力松弛,降低回弹,并提高成形后壁板材料的抗疲劳性能;对时效过程中存在应力位向效应的铝合金,应设计合适的时间温度曲线与加载曲线,以避免壁板材料因应力位向效应产生各向异性,导致材料屈服强度降低。提出了大型机翼整体壁板时效成形的工艺流程,给出了成形过程中热压罐内的温度时间曲线和气压时间曲线;提出了成形工装的模块化、标准化与柔性化设计以及解决壁板时效成形回弹问题的有限元方法,并对中国研究发展大型机翼整体壁板时效成形技术提出了建议。     

复合材料机身壁板的强度分析与试验验证

复合材料在大型客机机身主承力结构应用是近年来的发展趋势，通过分析与大型壁板试验结合的方式研究了复合材料机身壁板的静力承载能力，以及疲劳与损伤容限特性。采用理论公式、半经验公式、有限元模态分析研究了蒙皮的屈曲载荷、壁板的承载能力。依靠创新的机身壁板多轴载荷试验系统，模拟机身壁板的实际受载情况，实现充压载荷、拉伸/压缩、剪切载荷的独立施加与组合施加。通过静力试验验证蒙皮屈曲的工程及有限元分析方法和壁板的剩余强度承载分析方法。引入预埋缺陷、BVID、VID冲击损伤，通过试验研究了损伤对应变分布的影响，并通过疲劳、损伤容限试验，验证了壁板的设计以及损伤的无扩展特性。     

新型热塑性复合材料设计理念及其自动化制造

热塑性复合材料的自身特性使其成为重量轻、低成本宇航结构件的理想材料,该类复合材料以韧性高、重复加工性好和防火性能强而著称。针对大型主结构件(如蒙皮加筋整体壁板)正取得了多个阶段性进展。新材料、创新的设计理念和航空技术是主要的创新要素。     

大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用

激光喷丸成形技术利用激光诱导冲击效应在壁板表层引入非均匀分布塑性应变,塑性层厚度是传统机械喷丸的5~10倍,能够有效克服传统壁板成形技术的不足,实现大型高加筋复杂型面带筋壁板的形性一体化成形制造。对激光喷丸成形技术的进展,从激光喷丸成形机理与规律、复杂型面激光喷丸成形几何形状控制、大型带筋壁板激光喷丸成形系统几个方面进行了综述;回顾了激光喷丸成形的发展脉络,介绍了大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用现状,并对近几年激光喷丸成形技术的发展与趋势进行了梳理;指出了实现大型整体壁板激光喷丸成形应用的核心是掌握变形机理,解决成形工艺规划问题,并研制适用于大型整体壁板成形的工艺装置。     

复合材料机身壁板和隔热隔音棉衍生构型热释放速率性能试验研究

以复合材料机身壁板本身和隔热隔音棉加上复材壁板的衍生构型为研究对象，依据CCAR 25 R4适航标准和热释放速率试验方法，测试分析了复材壁板本身以及隔音棉加上复材为整体组合构型的热释放速率特性，分析了不同因素对热释放速率特性的影响。结果表明：选用的复合材料机身壁板本身的热释放速率符合适航标准中规定的峰值热释放速率要求，但总放热量不满足适航要求；在复材壁板和隔热隔音棉的衍生组合构型中，隔热隔音棉的隔热作用抑制了后续复材壁板的分解，使衍生构型能够满足适航标准中规定的峰值热释放速率和总放热量要求，符合当前适航条款验证方法提出的符合性判据。复材壁板及其衍生构型的热释放速率符合适航标准中规定的峰值热释放速率要求。     

几种应力选取方法对Stranas强度评估结果影响的研究

基于机身壁板许用值试验数据,研究了用结构强度评估软件Stranas对壁板强度评估时壁板应力选取问题。提出了5种应力选取方法,分别用Stranas预计了8种轴压壁板构型和12种剪切壁板构型的破坏载荷,同试验结果进行了比较,给出了分析结论。     

民用飞机机身整体壁板设计

介绍了整体壁板的特点及民用飞机机身整体壁板的设计原则，详细地论述了壁板的蒙皮厚度、长桁截面参数的确定以及凸台的功能及设计方法，另外，对整体壁板的维修性及新工艺方法也进行了简要的论述。     

超大型复合材料机体部件应用技术的新进展——飞机制造技术的新跨越

从超大型复合材料部件在军/民用飞机上的应用进展入手,重点介绍了复合材料在波音787机体主要结构上的应用,给出了机身复合材料部件应用的特殊性及空客公司对其所持的争议。分析了波音和空客公司在复合材料应用方面的竞争,分别以波音787和空客A380为例介绍了两公司相应的技术策略：机体整体复合材料部件制造技术和大型复合材料壁板组装成机体技术,以及迫于竞争的压力,空客公司新的应对措施,即采用全复合材料机身壁板结构,将复合材料在A350-XWB上的用量提高到52％。最后总结了复合材料部件设计制造的独特性和复杂性,并得到对中国研制大型飞机的启示。     

声发射在整体壁板疲劳试验中的应用

进行了飞机结构整体壁板疲劳试验的声发射监控研究。整体壁板试验件选用航空上常用的铝合金材料。试验采用常幅载荷谱,用声发射技术监测疲劳裂纹的萌生。通过对采集的计数、能量、事件以及幅值等声发射信号进行参数分析,预报了疲劳裂纹萌生的时间。结果表明,材料裂纹萌生和扩展时有很明显的声发射现象,声发射技术能够准确预报金属飞机结构疲劳裂纹的萌生和扩展,从而为飞机结构的疲劳和损伤容限设计提供参考。     

气动条带式喷丸成形技术

提出气动条带式喷丸成形方法成形大型复杂型面机翼壁板,根据壁板外形曲面曲率和厚度分布,采用"整体分条,单条分区"的方法对壁板进行条带式喷丸成形。通过基础试验确定了壁板喷丸工艺参数,利用特征优化映射方法获得了壁板板坯几何模型,采用预应力方法提高了条带喷丸成形变形量。上述技术均在ARJ21大型超临界机翼壁板上获得了工程应用。     

大型飞机零件展开工艺模型设计技术研究与应用

快速准确的飞机零件展开工艺模型设计技术对于缩短大型飞机的研制周期,提高飞机研制性能以及促进现代飞机制造技术的发展具有重要意义。本文介绍了整体壁板展开工艺模型的设计流程及其关键技术,对比了长桁、机身蒙皮和复杂钣金件的传统制造工艺和基于展开工艺模型的制造工艺,并分析了工艺方法演化过程中的一些技术问题。     

整体壁板结构维修方法、分析方法研究

研究了整体壁板结构的维修性，查阅了国内外维修方法，给出了合理的维修方法，正确设计了整体壁板维修板。     

大型铝合金机翼整体壁板加工变形控制技术

航空航天工业数字化设计及制造技术的快速发展,对现代飞行器的性能要求不断提高,飞机设计结构发生了变化,开始大量采用整体结构设计,如整体框、梁、壁板等零件,零件的大型化和结构整体化趋势日趋明显,以铝合金材料为主导的大型整体结构件在航空航天等领域获得了广泛的应用.由于这类零件具有轻量化、薄壁化和整体化的特点,采用数控加工方法已成为当前飞机产品中整体复杂结构件最主要的加工手段,是现代武器装备研制和生产中最主要的工艺方法.     

超音速气流中受热壁板的非线性颤振特性

随着高速飞行器技术的快速发展,壁板热颤振成为国内外研究人员的关注热点.壁板热颤振对飞行器性能有重大影响,甚至影响飞行安全.以超音速气流下的无限展长二维壁板结构作为研究对象,计入热效应的影响,根据Kirchhoff平板理论和Von Karman大变形几何非线性壁板理论建立系统的运动微分方程.并以壁板在x =0.25处为算例绘制了其前三阶弯曲构型的静态分岔图,对不同轴向载荷条件下壁板的屈曲构型进行了分析.考虑到温差△T是影响热应力的重要因素,对比了不同温差条件下,壁板的静气动弹性变形图,结果表明,温差越大,壁板偏离静平衡位置的位移越大.     

Ω型加筋壁板连接结构在拉伸载荷下的破坏研究

考察机身收缩段的复合材料Ω型加筋壁板前段和后段连接结构在拉伸载荷下的承载能力,开展了拉伸破坏试验研究。试验件为壁板与框呈75°夹角的倾斜结构,试验考核了加筋壁板、连接框、连接角盒和紧固件的应变水平、试验件的载荷-位移曲线和破坏载荷。试验结果表明,Ω型加筋壁板前后段连接结构在拉伸载荷下,角盒和框的连接处的紧固件以及框的转角处最先发生破坏。试验结果可作为飞行机身复合材料结构连接的设计和评定依据。