复合材料连接许用值确定方法研究

作者对国内航空结构正在使用的碳纤维,环氧树脂体系约1000个试样的单搭接和双搭接连接挤压强度进行了试验研究,发现在连接区常用的铺层范围内．复合材料层压板的单搭接挤压强度与具体的铺层形式无关,而仅仅与层压板的厚度／孔径比有关。因此,提出了一种用于确定复合材料结构机械连接设计许用值的新方法,并考虑了材料分散性、使用环境等因素对设计许用值的影响,用该方法得到的设计许用值已经在飞机设计中得到了应用。     

复合材料结构设计值和冲击损伤容限许用值

 由于复合材料的引入,应该用“设计值”和“许用值”来代替“设计许用值”。讨论了设计值与许用值的关系,并指出复合材料结构压缩设计值主要取决于冲击损伤容限许用值。提出了应把冲击损伤破坏曲线定义为初步设计阶段用冲击损伤容限许用值,论证了这一定义的合理性,并给出了由该许用值确定压缩设计值的一般原则和过程。     

复合材料结构设计许用值和韧性树脂评定技术

从复合材料结构设计的角度，详细分析了迄今为止结构设计师和材料科学家在提高结构设计许用值方面所作出的努力，指出了目前在韧性树脂评定技术中存在的问题，特别是指出了用CAI值判别树脂韧性的缺点，提出了应采用损伤阻抗和损伤容限共同评定树脂韧性的观点和应开展的研究工作。同时提出了提高结构设计许用值的新途径，即采用损伤容限可靠性设计与分析的方法，特别提出可用结构受到的冲击威胁分布，来代替目前复合材料结构损伤容限要求中的初始冲击损伤尺寸假设。初步的研究结果表明，采用这种方法有可能大大提高结构设计许用值。     

复合材料飞机结构强度设计和验证的特点

结合军用飞机结构强度规范修订，概述了复合材料飞机结构设计规范的演变，并基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范，从材料和工艺、设计许用值、静强度、耐久性、损伤容限和结构验证试验等几方面分别阐述了复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。     

基于小样本物理测试的T800H碳纤维复合材料许用值虚拟大样本技术研究

获得材料许用值的传统方法是对各种形式的材料和试样进行物理试验,并根据"积木式"方法逐级验证单元、子部件和部件。然而,按照"积木式"方法进行测试的成本很高。因此,需要一种新的方法,在较短的时间内完成新材料体系表征鉴定,并推进其在工程中的应用。根据FAA/ASTM建议,非均质单胞多尺度建模/虚拟测试技术,可以成为设计应用过程早期的材料和结构的验证策略。以材料的细观力学/宏观力学为基础,充分考虑制造过程,测试数据和服役环境影响,结合渐进失效分析来预测结构/部件安全性,建立了多尺度虚拟测试工程应用流程。本文采用美国AlphaSTAR公司研发的成熟商业软件平台GENOA,使用单向带测试的统计数据来逆推纤维和基体材料性能以及制造变量的不确定性。这些不确定性随后被用于生成层合板结构的随机虚拟测试试样,计算许用值。这种仿真方法在T800H项目中获得成功应用,大量减少了物理试验。     

复合材料强度的统计特性及其对结构设计的影响

本文讨论了复合材料强度的统计分析方法。对于所采用的两参数威布尔分布函数,用取自资料上的强度数据,做了参数估计及假设检验。在统计分析的基础上,给出确定设计许用值的方法。讨论了基于结构可靠性、考虑材料强度统计特性时选取安全系数的途径。最后提出两点讨论。     

民用飞机复合材料C型框分析方法研究

以层压板理论为基础,提出一种复合材料C型框结构的工程分析方法,并通过试验给出了C型框结构设计许用值。通过工程分析结果与试验结果的对比,说明此工程分析方法可用于指导C型框结构设计。     

复合材料飞机结构设计许用值及其确定原则

 阐明了复合材料许用值和结构设计许用值的关系和区别,给出了它们更明确的定义。回顾了国内外在确定设计许用值方面的研究概况,介绍了复合材料飞机结构完整性方面的补充要求,给出了设计许用值的确定原则和进一步提高设计许用值的研究方向。     

发动机支点柔性圆周炭石墨密封材料PV值试验

根据高空长航时航空发动机支点柔性圆周炭石墨密封材料的实际服役工况,从高摩擦线速度（60～130 m/s）、轻载（30～400 kPa）和温度（25～600 ℃）的角度出发,自主设计动态试验测试台,评测国内部分现役机型用炭石墨密封材料的PV值,并通过装机论证PV值试验的可行性。试验结果表明:采用80 m/s恒速,逐级增加载荷测得XX1#-1、XX2#-1、XX3#-1、XX4#-1和XX5#-1的许用[PV]值分别为4.8、5.9、6.9、9.1、12.3 MPa·m/s。采用300 kPa定载,逐级增加线速度测得XX2#-2、XX3#-2、XX4#-2和XX5#-2的许用[PV]值分别为6.0、8.0、10.0、12.0 MPa·m/s。经某研究所装机论证发现当试验样的许用[PV]值小于发动机的许用[PV]值时,易出现异常磨损,并伴随燃气泄漏;当试验样的许用[PV]值大于发动机的许用[PV]值时,能为发动机支点炭石墨密封材料选型提供材料特性数据,为发动机炭石墨密封材料的研究提供鉴别方法。此外,该试验方法将大大节约发动机用石墨封严材料选型的时间成本、人力成本和上机论证经费的投入成本。      

航空复合材料技术发展的回顾和展望

概述了ＮＡＳＡ赞助的ＡＣＴ计划的研究结论和美国国家研究委员会组织编写的《下一代民用运输机用的新材料》关于航空复合材料技术发展的主要建议。讨论了关于损伤容限和损伤阻抗的概念和测试方法。最后对如何提高结构设计许用值提出了建议。     

用于飞机结构选材的系列材料性能指标及其应用

为提高飞机机体结构选材的合理性,从材料性能指标的角度出发,在材料比强度、比刚度的常用基本指标之外,结合飞机结构设计思想,提出了材料比疲劳强度、比静韧度、比动韧度、疲劳强度比、静韧强比、疲劳韧强比共6个材料性能指标的概念与计算方法。建立了基于系列材料性能指标的飞机结构选材方法,考虑飞机结构的设计准则及结构在实际使用过程中的功能需求,通过条件筛选缩小备选材料范围,依据系列材料性能指标进行材料对比排序,并通过结构验证确定最终选材。以某型飞机机翼大梁的选材过程给出了应用实例。     

蜂窝夹层结构的灌注修补工艺研究

在对蜂窝夹层结构的缺陷／损伤形式、修补方法以及修补时对设备、材料及工艺的要求等进行分析总结的基础上，着重对灌注修补工艺进行了研究，研究表明，采用适当的灌注修补材料如G7A－20，可室温固化，适于操作，密度≤0．8g/cm^3，剥离强度≥29．4N／cm、拉离强度≥3．4MPa；修补后压缩强度和模量原结构设计许用值的80％以上。     

运输机机动载荷减缓的机翼质量分析研究

探索与飞机设计技术发展相适应的分析方法是质量设计人员面临的重要课题,是提升能力、创新手段的必然要求。本文以主动控制机动载荷减缓机翼为对象,应用气动、载荷、结构、强度、材料等多学科分析方法,对采用这一功能后机翼弯曲、剪切材料质量进行了系统的分析研究,并进行了应用验证。     

纤维缠绕压力容器爆破压强计算

用于固体火箭发动机壳和工业贮藏的纤维缠绕压力容器,爆破压强是重要的设计参数。本文基于网络理论,给出了纤维缠绕圆筒压力容器圆筒和封头爆破压强的计算方法,给出了用模拟实验压力容器确定纤维发挥强度的方法。算例表明,计算值与实侧结果符合良好。这些方法可供纤维缠绕压力容器设计者参考或直接应用。     

复合材料翼面结构综合优化设计技术

概要介绍了复合材料翼面结构在静力、振动、位移、舵面效率、发散速度、颤振、尺寸限制等多种约束条件下的最小重量设计技术。对优化过程中遇到的复合材料的静强度准则、均衡约束、动态上限等问题提出了相应的解决方法。用基于该技术和方法而编制出的综合设计程序系统对一个三角机翼复合材料结构进行了综合优化设计研究,在满足许用应变、尺寸限、均衡、颤振速度等约束条件下,经6次迭代得到了最佳的铺层设计结果。该机翼全尺寸静强度、耐久性/损伤容限及共振试验结果表明：理论计算与试验符合;复合材料构件中的最大应变小于许用应变约束限;按许用应变设计出的复合材料翼面蒙皮构件可满足耐久性/损伤容限要求;颤振速度比同状态金属机翼提高23%;减重效率为20%.     

疲劳强度的模糊可靠性设计方法

 用模糊集合描述应力和强度,探讨了模糊变量与随机变量同时存在时的疲劳强度可靠性设计方法。提出了当隶属函数与概率密度函数都是连续函数时的可靠度计算公式,推导出几种不同分布的可靠度计算公式,同时对模糊可靠度与普通可靠度的意义及其区别加以分析。     

运输类飞机结构设计安全系数的探讨

中国民用航空规章运输类飞机适航标准25.303要求采用1.5的安全系数,该要求同其他相关适航条款,例如25.307"结构符合性的证明"、25.603"材料"、25.605"制造方法"、25.613"材料的强度性能和材料的设计值"等,共同保证了飞机结构的高可靠性。理论上,当材料、载荷、分析等方面的不确定性降低,采用低于1.5的安全系数可以保证结构具有同等的高可靠性;另一方面,当材料、载荷、分析等方面的不确定性大于目前适航规章所允许的水平,通过采用大于1.5的安全系数也可以保证结构具有等同的高可靠性。为了在民用运输类飞机的适航取证/审定过程中,在保证结构可靠性的前提下,能够根据具体情况适当调整结构安全系数,在综合研究中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》相关条款内在联系的基础上,探讨了载荷、材料性能、分析方法等不确定性对飞机结构安全系数的贡献。研究结果表明,目前1.5的飞机结构安全系数,用于考虑载荷、材料性能、分析方法等不确定性的系数分量分别为1.2、1.12、1.116.     

A software package for computer-aided design analysis of thin-walled structures from composite materials

An algorithm of analyzing the design parameters for a thin-walled wing from composite material based on the efficient distribution of structural material between load-carrying elements is described. We consider the problems of convergence acceleration for the iteration design analysis. Also presented are the examples of determining the design parameters for a superlight aircraft wing and the rational parameters of the filler in the form of a three-dimensional rod structure.     

透明件强度设计应考虑材料的综合性能

就飞机座舱盖透明件的使用条件，强度设计，对透明件材料性能的要求以及国内外材料选择的经验进行了介绍，说明舱盖强度设计材料的选择考虑透明材料的综合性能，既要满足静强度条件下的力学性能，又要满足飞机长期外场使用的要求。