钛合金结构损伤容限设计可行性研究

 对飞机结构常用金属材料损伤容限特性进行了对比分析，针对TC4和TA15损伤容限特性较差的缺点，研制出两种超低间隙（ELI）钛合金TC4ELI和TA15ELI，并对其进行结构损伤容限设计可行性论证。进行了两种超低间隙钛合金和普通钛合金裂纹扩展寿命、剩余强度和疲劳全寿命对比实验。实验结果表明：具有片层组织的超低间隙钛合金相对于普通成分钛合金断裂韧性和裂纹扩展特性有明显改善，剩余强度和疲劳全寿命相当；应力水平相当时，超低间隙钛合金工程可检裂纹扩展寿命比航空结构中常用铝合金稍长。因此，对于超低间隙钛合金TC4ELI和TA15ELI可以进行损伤容限设计。     

复合材料结构凸头多钉连接钉载分配研究进展

连接部位通常是复合材料结构强度的薄弱环节,复合材料的多钉连接更是由于存在钉载分配不均匀性而大大降低了其连接的强度.通过研究复合材料连接结构钉载分配,找出钉载分配规律及其影响因素,合理设计连接结构而使载荷分配均匀化,对于提高多钉连接结构的效率有着重大的工程意义.     

带防热层复合材料锥壳热固化变形的数值模拟

采用数值模拟方法研究带防热层缠绕成型复合材料锥壳热固化变形的形成机理和影响因素.建立了带防热层复合材料锥壳热固化变形预测的三维有限元程序.计算结果表明:外层防热材料和内层结构材料热膨胀系数不匹配是引起壳体固化变形的主要原因.提出在内层和外层之间增加中间过渡层的方法控制壳体的固化变形,中间层材料为丁腈橡胶片时可使固化变形减小20%以上.采用数值模拟方法讨论了中间层模量、厚度以及缠绕张力对壳体固化变形的影响,分析结果表明:固化变形随中间层模量的增加而增加,随中间层厚度的增加略有减小;缠绕张力释放增加壳体的固化变形,缠绕张力越大引起的固化变形越大.     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高，高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势，特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求，对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析，在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明，激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征，其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低，性能分散性小，综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比，激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%，结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂，其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

大展弦比复合材料机翼结构设计研究

 针对大展弦比机翼结构的特点,选定蜂窝夹层、多墙式和一种新型混合式结构进行分析比较。进行了缝纫层合板和无缝纫层合板的冲击后压缩强度试验以及3种形式的复合材料蜂窝夹层板冲击后压缩稳定性试验。实验结果表明,缝纫可提高复合材料层合板冲击后压缩强度和屈曲临界载荷。对3种形式机翼结构进行有限元分析,计算结果表明,新型混合式结构具有明显的减重效果,并可实现一定比例的弯曲和扭转刚度设计。     

航空铝合金弹塑性状态疲劳裂纹扩展速率试验

研究含长裂纹薄壁结构弹塑性状态下的裂纹扩展规律对于保证机体结构安全具有重要意义.设计了民机用铝合金大宽板裂纹扩展速率测试用试验件和夹具,进行了2024-T3和7075-T6两种铝合金大宽板弹塑性状态下裂纹扩展速率测试.讨论了应力强度因子变程(ΔK)和裂纹中心线处的张开位移变程(Δδ)作为弹塑性状态下裂纹扩展速率表征参量的适用性.研究结果表明:中、高级应力水平作用下,含长裂纹铝合金大宽板裂纹进入快速扩展阶段,裂纹扩展ΔK~da/dN曲线发生明显转折,不能用Paris公式拟合.在裂纹扩展后期,Δδ~da/dN曲线在双对数坐标下呈线性关系,可用Δδ~da/dN关系曲线来表征弹塑性状态下铝合金的裂纹扩展速率.     

复合材料层合板沉头螺栓连接研究进展

随着复合材料在航空航天等领域的广泛应用,复合材料沉头螺栓连接研究受到了工程界的关注,但是在实际工程中仅通过数值方法或试验方法难以给出有效的结果。而通过将数值模拟技术与试验方法相结合,可以有效地分析出沉头螺栓连接各因素对载荷分布和力学性能的影响。这对于实际工程中提高复合材料沉头螺栓连接的结构效率有着非常重要的意义。     

飞机快卸锁锁紧螺母重复使用特性

用于固定飞机表面快卸口盖的锁紧螺母在重复使用过程中容易发生松弛,使其拧出力矩减小,锁紧功能失效。首先从材料应变硬化、低周疲劳、接触面摩擦系数等方面对锁紧螺母最大拧出力矩的变化规律进行了定性分析。材料确定后,收口值的大小成为影响锁紧螺母重复使用特性的主要因素。试验研究中选定了3种不同收口值的锁紧螺母进行拧入拧出的重复使用试验,测量它们的最大拧出力矩。试验结果表明,随着重复使用次数的增加,螺母最大拧出力矩最初有一定波动,经历一段(N200)恢复上升后,在重复使用次数200N1 500范围内,又缓慢下降趋于稳定;收口值对最大拧出力矩的下降速率有较大影响;获得了具有稳定符合规定最大拧出力矩的最优收口参数值。     

厚截面层合板非同步固化的三维有限元分析

建立了描述厚截面复合材料固化压实过程的三维有限元模型并进行了模型有效性验证,计算了400层AS4/3501-6层合板在固化过程中的温度场、固化度、粘性、树脂体积含量和厚度压缩率情况.模型计算结果表明：在固化过程中,层合板的中间层会出现高于保温平台约49K的温度峰值;层合板沿厚度方向的温度和固化度的非同步现象明显;层合板的中部存在明显的局部温度过热和快速固化区域,该区域内的树脂粘性变化剧烈、树脂流动时间缩短,阻碍了该区域及层合板下部的多余树脂流入吸胶膜,并最终导致了固化结束后树脂的不均匀分布,靠近吸胶膜的上表面树脂体积含量约为41%,靠近模具的下表面约为46.5%;层合板的最终固化压实率在15.7%左右.     

激光增材制造TC4/TC11钛合金梯度结构温度场预测与显微组织分析

使用激光增材制造技术制备TC4/TC11钛合金梯度材料典型沉积试样,测量沉积过程中3个特征位置的温度历程,并对沉积试样进行显微组织观察。建立了激光增材制造TC4/TC11梯度材料结构温度场预测有限元模型。有限元模型的温度场计算结果与试验结果吻合较好,同时有限元模型所计算的Tβ温度转变线位置与试样显微组织中观察得到的结果一致。显微组织观察结果表明,试样中无缺陷,顶部为等轴晶区域,从增材底部到等轴晶区域之间存在贯穿整个增材区域的柱状晶;在Tβ温度转变线两侧微观组织有明显不同:最后一层增材过程中,温度超过Tβ的组织冷却后为超细α+β网篮组织,温度未达到Tβ的组织冷却后为带有大量α集束的α+β网篮组织;在设计界面(材料组分变化位置)处组织连续、无突变。