飞机铆接构件PRFECT探头的线圈夹角影响

远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对金属铆接构件隐藏缺陷检测具有巨大优势。针对飞机金属铆接构件的远场涡流检测,建立了铆接构件隐藏缺陷检测三维模型,分析不同屏蔽阻尼材料及组合方式的屏蔽性能,采用激励线圈与检测线圈均环绕铆钉旋转的检测方法,对比激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为90°、135°和180°时缺陷检测灵敏度,研究不同缺陷尺寸检测信号特征。仿真与试验结果表明：当屏蔽阻尼为铝+铜时具有最佳屏蔽性能,且远场区距离激励线圈中心最近;当激励线圈和检测线圈间距为30 mm时,激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为180°时检测效果最佳;优化后的探头可检测埋深为6 mm、长×宽×深尺寸为5 mm×0.2 mm×1 mm的铆接构件隐藏缺陷,缺陷信号幅值与其体积当量关系相对应,且随缺陷长度及深度的增加呈上升趋势。     

飞机高锁螺栓孔边缺陷阵列远场涡流传感器仿真与试验

飞机高锁螺栓孔边隐藏缺陷的检测是航空无损检测领域中的难点,远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对飞机高锁螺栓紧固件孔边隐藏缺陷检测具有极大优势。针对飞机高锁螺栓紧固件孔边缺陷的检测,设计研发了放置式阵列远场涡流传感器,建立了高锁螺栓孔边隐藏缺陷检测三维模型,优化了检测线圈中心与高锁螺栓中心放置距离,研究了阵列相邻通道间磁场薄弱区缺陷信号衰减趋势,采用阵列放置式的检测方式研究了不同尺寸缺陷检测信号特征。仿真与试验结果表明：检测线圈中心与高锁螺栓中心距离11 mm时检测灵敏度最佳;相邻通道间磁场薄弱区检测信号存在一定程度上的衰减,优化后的探头可检测埋深为4 mm、长×宽×深为5 mm×0.2 mm×2 mm的紧固件孔边隐藏缺陷,且随缺陷长度增大检测信号幅值呈上升趋势。     

叶片前缘仿形涡流检测仿真与试验设计

仿形涡流检测技术因其耦合性好可有效抑制检测过程晃动而特别适合对大曲率叶片前缘快速检测。针对涡轮叶片前缘仿形涡流检测建立前缘及仿形线圈有限元模型,运用有限元方法分析叶片前缘凹坑、长裂纹、边沿凹坑3种典型缺陷在内外两种激励、不同内径线圈、不同频率等模式下的检测信号特征。仿真结果表明：大曲率前缘实施仿形涡流检测,检测区域可有效覆盖整个前缘区域,检测频率越高,检测灵敏度越高。双线圈检测模式下,外激励内接收比内激励外接收灵敏高,当内检测线圈尺寸大于缺陷的尺度时,内接收线圈内径越小,其相对灵敏度越高。结合仿真结论,制作前缘缺陷试块,采用锁相放大及图形化编程技术,设计前缘仿形涡流检测系统,试验结果表明,仿形线圈可有效检出前缘典型缺陷,检测幅值相位输出结果与仿真结论相似。研究成果可用于指导大曲率叶片前缘的工程实践检测。     

航空发动机涡轮叶片裂纹的阵列涡流检测仿真

阵列涡流检测技术因检测范围大和适应性强等诸多优点适合航空发动机涡轮叶片的快速检测。本文建立了发动机涡轮叶片裂纹阵列涡流检测的有限元模型,研究涡轮叶片的叶盆和叶背两种曲面下阵列涡流传感器的检测信号特征。仿真结果表明:当涡流探头与叶身的提离距离不变时,检测线圈的感应电动势随凸面、平面和凹面的次序逐渐增加;检测纵向裂纹时检测线圈电动势敏感度可达激励线圈的12.5倍,其电动势波峰和波谷的距离可表征纵向裂纹的长度且误差小于1.0mm,而横向裂纹深度也与检测线圈电动势的波谷幅值成单调递减关系,仿真结果可望用于指导发动机涡轮叶片的工程检测实践。     

锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子的有限元分析

对锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子进行研究对提高结构安全性具有重要意义。根据飞机上常用的锪窝铆接典型结构,运用ANSYS软件对锪窝孔孔边角裂纹进行有限元分析,建立铆钉与锪窝孔接触模拟铆钉对锪窝孔的填充作用。计算得到含铆钉填充以及空孔时锪窝孔边不同裂纹尺寸下裂纹前缘的应力强度因子分布。对比分析结果表明：铆钉填充能显著降低锪窝孔边角裂纹的应力强度因子,提高结构寿命。     

电磁铆接技术在某机复材结构上的应用研究

针对飞机鸭翼、内外副翼、腹鳍以及方向舵装配中普通铆接存在的安装损伤问题，研究了复合材料结构的电磁铆接工艺。通过试验得出锪窝深度、钉孔间隙及铆钉外伸量等电磁铆接工艺参数。对不同铆接方法的钉杆膨胀量进行了测量，分析了现用铆接方法产生损伤的原因。钉孔挤压应力和面外拉伸应力对比试验及接头损伤检测结果表明：对于某机的复合材料结构用电磁铆接代替普通铆接，能够解决普通铆接存在的安装损伤问题。     

阵列涡流传感器互感信息三维有限元仿真

阵列涡流传感器能够实现导电材料的大面积高速扫描。通过测量线圈间的互感,可获取更多的缺陷信息。利用ANSYS有限元软件对同一深度不同长度的裂纹进行三维仿真,得到了相应的阵列涡流线圈感应电动势幅值和相位变化曲线。仿真结果表明探头线圈间的互感可提供裂纹大小和位置等有用信息。     

金属蒙皮破孔结构胶铆混合修理的疲劳性能研究

蒙皮破孔是最典型的飞机战伤形式之一,目前对其抢修的方式主要有纯铆接修理和纯胶接修理,在修复效果或修复时间上存在不足。提出利用胶铆混合方式进行蒙皮破孔修理,采用疲劳试验与有限元分析方法,针对带预置圆形破孔损伤的破孔件、铆接修理件、胶接修理件和胶铆混合修理件进行疲劳性能对比研究。结果表明：相比纯铆接和纯胶接修理方式,胶铆混合连接方式具有最佳的修理效果,混合连接中铆钉作用能有效提高胶层承载并抑制胶层剥离;胶铆混合修理方式与纯铆接相比疲劳性能更优,与纯胶接相比修理时间更短,在金属蒙皮破孔结构的战伤抢修工作中具有良好的应用前景。     

贴附式涡流传感器损伤监测特性仿真与实验研究

为满足飞机结构裂纹扩展定量化监测和工程化应用的需求,探索MWM(Meandering Winding Magnetometer)传感器进行结构健康监控的可行性,设计了一种贴附式涡流阵列传感器并为传感器的工程化应用开展了仿真优化和实验研究。基于裂纹扩展分段监测的思路,传感器的感应线圈和激励线圈采用阵列化设计。通过将材料的电导率提取为结构的等效损伤参数,构建了传感器损伤监测正向半解析模型,并对线圈厚度和基材层厚度进行了优化。为验证传感器的监测能力,开展了程序载荷谱下的2A12-T4铝合金阳极氧化试件的疲劳裂纹扩展监测实验。仿真优化结果表明,传感器监测灵敏度随提离距离的增加而减小,传感器最优工作频率范围为0.3~0.7MHz。裂纹扩展监测实验结果表明,贴附式涡流传感器具备对金属结构进行实时损伤监测的能力,感应线圈的阵列化布置方式实现了裂纹扩展的定量监测,精度达到毫米级,同断口分析结果相比,平均监测误差为3.85%。     

涡流阵列无损检测技术在大飞机中的应用

涡流阵列检测技术作为一种高效无损检测方法,具有容易实施、检测速度快、对表面及近表面缺陷非常敏感、无需除去表面涂层等优点,广泛用于飞机蒙皮和机身结构件的裂纹、腐蚀等缺陷的检测。阐述无损检测技术在飞机设计、研制生产及使用过程中的应用,采用OmniScan_ECA涡流阵列仪对飞机上使用的高强度钢和铝合金材料的萌生裂纹及内部缺陷进行了检测,确定出埋藏缺陷的大小以及具体的位置和深度,为飞机部件制造中新制品的验收、材料工艺缺陷进行检测,进而为评价结构完整性以及分析材料变形和断裂机制与力学行为提供参考。     

Electromagnetic riveting technique and its applications

With the increasing applications of novel materials and structures in new-generation aircraft, conventional joining techniques in aircraft component assembly are greatly challenged. To meet those challenges, the electromagnetic riveting (EMR) technique was developed as an advanced joining tool, which exhibits obvious advantages in the assembly of new-generation aircraft. In this paper, the riveting principle of EMR was analyzed, and its development history and status were presented in detail. Then, equipment features of three typical EMR systems were given. Moreover, three important applications of EMR were covered, i.e., composite structure riveting, titanium rivet and large-size aluminum rivet riveting, and interference fit bolt installation. Specially, a novel strengthening method for mechanical linking holes based on EMR was also presented, which can significantly improve the fatigue behaviors of mechanical joints. Finally, open questions in the EMR field were discussed, and some recommendations for future work were also made. This paper can be useful for optimizing the joint designs of aircraft components and improving the level of aircraft maintenance.     

壁板铆接变形分析及铆接顺序规划研究

壁板是构成飞机气动外形的重要组件,提高其外形装配精度对保证飞机的飞行性能至关重要。传统的研究主要集中在铆钉及孔周围的变形,而对壁板铆接整体变形的研究较少涉及。以壁板自动钻铆为对象,以单钉铆接变形分析为元模型,提出了壁板铆接"局部-整体"变形快速求解方法。钉孔周围采用体单元,壁板其余部分采用壳单元,利用"体-壳"连接建模方法,构建了"局部-整体"映射加载模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形的快速计算;以铆接变形最大值最小为目标,采用遗传算法进行铆接顺序优化,实现了对壁板铆接变形的有效控制。     

自激励式电磁铆接放电电流分析

电磁铆接是一种将电磁能转化为机械能的铆接工艺。传统感应式低电压电磁铆接存在能量利用率低、难以解决高强度大直径铆钉和难成形材料铆钉的铆接等问题。基于自激励式电磁铆接技术,建立放电电流分析模型,通过数值分析与工艺试验探讨自激励式电磁铆接进行大直径铆钉成形的可行性。研究结果表明建立的电磁铆接放电电流分析模型可实现传统感应式和自激励式电磁铆接放电电流分析,分析结果与试验吻合较好;放电能量相同时,自激励式电磁铆接的涡流斥力峰值要远大于感应式的涡流斥力,能有效提高能量利用率,是实现大直径铆钉成形的有效方式;在放电电压为320V时,自激励式电磁铆接可实现直径为10mm的45号钢铆钉的成形,其变形以绝热剪切的方式进行。     

基于对称加载的均匀干涉配合铆接方法

铆接干涉量均匀度是影响飞行器装配接头疲劳寿命、结构铆接变形的重要因素之一。为了提高铆接干涉量均匀度,采用基于应力波加载的电磁铆接双面铆接方法,对对称加载的铆接工艺方法进行了研究。利用应力波传播和叠加原理对对称加载的钉杆应力水平进行理论分析,试验测量了电磁力应力波及其叠加效应。通过工艺试验和微观分析,研究了对称加载方法对铆接质量的影响。研究结果表明:对称加载方法下,双向应力波同步触发,脉冲宽度相等,钉杆理论应力水平高于单面加载;在对称应力波作用下,整体钉杆干涉量均匀,并形成有效干涉,钉头与夹层贴合紧密;对称加载钉孔绝对干涉量更大,平均干涉量大于单面加载14%,干涉量均匀度高出单面加载37.5%,有利于实现连接结构的疲劳寿命增益;对称加载方法引起的结构件铆接变形量小于单面加载,更容易保证装配件外形准确度。     

基于仿真分析的压铆力预测模型

铆接是飞机结构机械连接的主要方式,压铆力作为影响铆接质量的重要因素,传统的计算方法通常是建立在体积不变的假设之上,且不考虑钉杆材料被压入钉孔部分的体积,导致模型误差较大。为此,依据仿真分析结果和铆钉材料的流动趋势,引入体积缩减系数来描述钉杆被压入钉孔部分的体积,建立压铆力预测模型,并与已有的试验数据进行对比,结果表明计算值与试验值的一致性较好,该模型可以用来预测铆接过程中压铆力的大小。     

楔形复合材料结构电磁铆接工艺

 针对某型机鸭翼、副翼装配中楔形复合材料结构铆接存在的安装损伤问题,分析了损伤产生的原因,提出采用电磁铆接方法进行铆接。研究了复合材料结构的电磁铆接工艺,通过试验得到了锪窝深度、钉孔间隙、铆钉外伸量等电磁铆接工艺参数,并提出采用斜面铆模铆接楔形复合材料结构。为分析铆接质量,对不同铆接方法的钉杆膨胀情况进行了比较,并采用C扫描对不同铆接方法铆接的接头进行了损伤检测。结果表明：采用电磁铆接工艺能够提高复合材料结构的铆接质量,斜面铆模可以减小安装损伤,能够解决普通铆接方法铆接复合材料结构时存在的问题。     

飞机蒙皮裂纹的数学形态学识别方法

提出了一种基于数学形态学的飞机蒙皮裂纹磁光图像检测方法。首先应用内距均值法确定磁光图像中类圆形铆钉区域的圆形参数,然后利用自适应线性星形形态学腐蚀算子分割裂纹缺陷。其中,以四点方向快速定位法确定腐蚀算子的方向,并用中心对称法处理裂纹缺陷区域粘连的情况,最后,根据备选区域相关特征进行分类,判别缺陷存在及其特征参数。实验结果表明：算法在检测裂纹的多种特征方面具有优越性。     

飞机蒙皮铆接质量视觉检测系统的构建

飞机蒙皮的铆接质量是影响飞机蒙皮性能的重要指标,在分析了蒙皮铆接质量检测要素的基础上,构建了飞机蒙皮铆接质量的视觉检测系统。通过分析视觉检测系统中图像分割方法的特点,使用改进遗传算法与OSTU方法相结合对蒙皮图像进行分割,取得了较好的分割效果,并在分割图像基础上,介绍了铆钉特征的提取方法以及检测要素的获取方法。