钛合金耳片的静载失效分析与结构优化研究

钛合金因比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点被广泛应用于航空、航天、舰船等领域。飞机在襟翼滑轮架侧板、铰链接头、基座等结构部位采用钛合金零件,其中部分零件涉及耳片连接结构。为了对钛合金耳片进行强度分析和结构优化,开展了不同尺寸钛合金耳片的静载试验研究。揭示了钛合金耳片几何尺寸与加载角度对破坏载荷的影响规律;计算获得轴向加载效率系数K_0与角度加载效率系数K_(con1);对典型断口进行了形貌观察,探讨了钛合金耳片在室温静载荷作用下的破坏机制。     

轴向受载耳片拉伸效率系数的Neuber修正

为了改进和完善现有设计方法,引入Neuber准则,综合考虑耳片结构弹性模量、拉伸屈服强度、极限强度与塑性应变等参数,采用有限元方法获得耳片应力集中系数,对轴向受载耳片拉伸效率系数计算方法进行修正。相比于传统计算方法,修正之后的计算结果精度提高14.2%,可以进一步降低结构设计重量,且该计算方法适用于所有飞机金属结构材料。     

机翼折叠耳片承载能力的预测与试验验证

机翼折叠耳片不仅承受整个外翼的载荷,而且要完成舰面机翼折叠功能。机翼折叠耳片的承载能力及耳片销轴配合关系对飞机机翼结构的安全性和可靠性至关重要。为研究耳片销轴在不同配合间隙、不同销轴形状下的承载特性,采用NASTRAN非线性有限元分析技术预测接头静强度承载能力,并与试验结果进行了对比验证,结果表明有限元模拟的破坏载荷与试验相当,普通间隙的柱形销轴耳片误差为4.86%,加大间隙柱形销轴耳片误差2.30%,普通间隙的锥形销轴耳片误差-1.50%。该研究为机翼折叠耳片强度设计提供了试验支持和分析方法。     

对称与非对称斜削耳片危险部位及应力强度因子的有限元分析

 采用多种有限元素进行有机组合建立有限元计算模型,模拟飞机结构中典型耳片接头的构型特征及载荷特征,进行考虑销钉与耳片之间配合间隙影响的非线性接触分析。分别通过无裂纹及含裂纹结构的计算研究,得到对称与非对称斜削耳片在不同方位载荷作用下的危险部位及相应含裂结构的裂纹尖端应力强度因子,给出覆盖面广的计算曲线,并分析研究其抗断裂特性。通过与现有文献比较表明,其数值结果精确,方法可靠。     

基于无裂纹直耳片接头接触问题的非线性分析

考虑耳片与螺栓之间配合间隙,采用Patran有限元分析软件,模拟飞机结构中典型直耳片接头的结构特征及载荷特征,对无裂纹直耳片接头进行了非线性接触分析。通过分析,计算了三种不同大小耳片孔边应力集中系数,并与理论经验公式计算得到的耳片孔边应力集中系数相比较,其结果表明,有限元计算方法合理,可为有初始裂纹耳片接头接触分析提供参考。同时,在此基础上讨论了耳片不同几何参数对其应力分布影响,也可为接头耳片的优化设计提供一定的指导。     

飞机壁板复杂载荷试验技术

壁板试验是飞机积木式验证过程中的重要组成部分,但由于壁板结构的复杂受力,在进行壁板性能试验时需综合考虑实际载荷形式与边界约束,而复杂载荷试验技术是模拟飞机壁板结构真实受力与支持状态的重要手段。国内外研究人员和机构开展了大量的壁板试验技术和试验装置的研究与研发工作,有效地降低了试验验证成本、缩短了飞机研制周期,有利支撑了飞机结构的设计与验证工作。本文从民用飞机壁板结构受力状态分析出发,分别对国内外飞机壁板复杂载荷试验技术进行了综述和分析,主要包括平直壁板的压剪复合试验技术、曲板剪切/气密及轴向拉/压等复合载荷试验技术,以及联合载荷施加过程中的防耦合、防干涉等问题,同时评述了各类试验装置载荷施加方法及其优缺点,重点对代表壁板试验技术先进水平的三套曲板试验装置进行了分析和评述。最后对飞机壁板复杂载荷试验技术的发展现状做了总结和展望。     

机翼／副翼连接结构的连接刚度特性分析

大型飞机机翼倡0翼连接结构一般由多个连接螺栓共轴相连,副翼上的载荷按连接结构的刚度和传力路线的长短分配后传递给机翼后梁。为考察机翼／副翼连接结构的连接刚度特性,结合大型飞机机翼结构分析工作,利用PATRAN／NASTRAN对机翼偈4翼连接结构的刚度特性进行了分析研究。主要从连接耳片厚度、连接位置、以及连接耳片间距三方面...     

基于载荷共享理论的多传力路径耳片可靠性研究

飞机结构检查周期的制定需要保证结构在服役期间具有一定的可靠性，但多传力路径耳片结构中各层耳片的失效存在相关性，传统的并联系统可靠性分析方法已经不适用于该结构的可靠性分析。为解决这一问题，基于载荷共享并联系统提出了一种多传力路径耳片结构的可靠性建模方法。首先，基于载荷共享并联系统的基础理论和耳片设计准则，确定了多传力路径耳片结构的载荷共享原则和寿命等效原则；在此基础上，应用条件概率和全概率公式对任意三传力路径耳片结构进行可靠性建模，并应用于结构检查周期的校核；最后，以某型飞机的“铝-钛-铝”复合连接的耳片结构为例进行了应用分析，验证了方法的适用性和有效性。结果表明：相比传统的并联系统可靠性模型和基于对数正态分布模型的可靠性分析方法，所提方法能够很好地反映多层耳片间的相关失效，更符合多传力路径耳片结构的失效特性，从而为多传力路径耳片结构的可靠性分析提供了一种新的方法，可用于检查周期的校核和优化。     

三维全五向编织耳片接头力学性能试验研究

通过单向静力拉伸试验研究了三维全五向编织复合材料耳片接头的力学性能。试件选用T700-12K碳纤维采用四步法编织预制件,以TDE-85环氧树脂为基体,经树脂传递模塑（RTM）工艺固化成型。对两种几何尺寸、两种孔加工方式（编织预留孔和机械制孔）的三维全五向编织复合材料耳片接头试件的力学性能进行了试验研究。试验结果表明,同尺寸三维全五向编织预留孔接头的承载力是机械制孔接头承载力的6倍;对相同孔径及厚度的耳片,增大耳片宽度能大幅提升耳片承载力,但并不能显著提高其初始破坏载荷。     

M2飞机的复合材料机翼静强度载荷及试验研究

M2轻型运动飞机机翼结构采用复合材料,通过静力试验对其机翼强度进行验证,对发现机翼结构设计薄弱环节以及结构改型和发展具有重要意义。首先分析ASTMF2245-16机翼强度适航条款的要求;然后通过对M2飞机载荷包线、环境影响系数、限制载荷和极限载荷的研究,计算得到复合材料机翼载荷;最后进行机翼限制载荷静力试验、机翼极限载荷静力试验和机翼破坏载荷静力试验,并对试验结果进行分析。结果表明:M2飞机的极限载荷满足试验要求,复合材料机翼试验破坏载荷相对设计极限载荷的偏差为2%,M2飞机的复合材料机翼结构设计满足静强度设计要求。     

复合材料编织接头承载能力的试验研究

 试验研究了用于航空结构的三维整体编织复合材料单耳承力接头在静载条件下的承载能力与破坏模式。单耳接头试样采用RTM(Resin Transfer Molding 树脂传递模塑)工艺制成，重点研究了由3种编织工艺（三维四向、三维五向和三维六向）、2种连接孔加工方式（机械钻孔和编织孔）、2种几何外形所组成的10组三维编织复合材料单耳承力接头的破坏机理与破坏载荷。对其在航空结构中的可应用性做出了评估。     

筒形机匣连接凸耳疲劳寿命及其影响因素

分析了筒形机匣连接凸耳疲劳寿命的主要影响因素。结果表明,５个试验件凸耳组织的再结晶程度有很大的差别,正是由于凸耳组织再结晶程度的分散性导致了其疲劳寿命的分散性。进一步的分析表明,凸耳组织再结晶程度的分散性是由于模锻时材料原始晶粒大小和形变量不同造成的。此外,凸耳孔壁表面的加工缺陷也是降低凸耳疲劳寿命的一个重要因素。     

加衬套耳片接头止裂特性的计算研究

 本文研究了加衬套对耳片的加强与止裂作用。提出了销钉与衬套、衬套与耳片之间接触边界条件的处理方法。利用作者编制的耳片应力分析通用程序LUGS进行计算,得出了具有最佳止裂特性的衬套参数配置。     

机身加筋壁板环向裂纹损伤容限试验与分析

机身壁板是飞机结构中的主要承力构件,也是损伤的主要产生部位,研究机身加筋壁板的裂纹扩展规律和剩余强度特性具有重要意义。在轴向拉伸载荷作用下,对含环向裂纹的机身加筋壁板进行损伤容限试验;利用ANSYS有限元软件对试验件进行应力强度因子分析,估算裂纹扩展寿命;基于线弹性断裂力学准则和线弹性断裂力学加塑性修正准则,计算剩余强度特征曲线,并对比分析计算结果和试验结果。结果表明:计算得到的裂纹扩展寿命与试验结果的相对误差为6.3%,满足工程要求;线弹性断裂力学加塑性修正准则估算的剩余强度更为合理,误差仅为2.6%,且偏安全。     

轴拉载荷下轴棒法C/ C 复合材料的渐进损伤

以渐进损伤方法和双线性内聚力模型为理论基础,结合ABAQUS6.8用户子程序USDFLD对轴向拉伸载荷作用下轴棒法C/C复合材料的破坏模式及载荷进行了预测,对比了试验结果与预测结果.结果表明:本方法可以准确预测轴拉载荷作用下轴棒法C/C复合材料的破坏模式.     

Interaction formulae for buckling and failure of orthotropic plates under combined axial compression/tension and shear

An interaction function was constructed based on the axial compression/tension and shear loads of orthotropic plates. The coefficients of the polynomial function were determined by uniaxial test results. Buckling interaction and failure interaction formulae under combined axial tension/compression and shear loads were established. Based on the uniaxial load test results of orthotropic plates, the buckling load and bearing capacity under any proportion of the combined loads could be predicted by ...