监测复合材料结构剩余疲劳寿命的剩余刚度方法

通过疲劳试验获得了复合材料层合板刚度退化的两参数模型,基于此模型提出了复合材料结构剩余疲劳寿命监测的剩余刚度方法,它以实验室中获得的归一化的剩余刚度曲线为基准,结合复合材料结构疲劳危险点的实测剩余刚度值,预测该危险部位的剩余疲劳寿命。该方法抓住了复合材料结构刚度退化的本质,借助实测刚度值,消除了疲劳性能分散性的大部分影响。通过4种玻璃/环氧复合材料光滑试验件和中心孔试验件的疲劳试验结果对该方法进行了验证。结果显示,本方法可以准确地预测复合材料结构的剩余寿命,且仅需利用前20%左右的剩余刚度数据,预测结果便与试验结果吻合较好。     

民机复合材料成本探讨

复合材料具有比模量和比强度高,耐腐蚀、抗疲劳、可设计、工艺性好(复杂型面适应性强、可整体成型)等优点,近年来在工业界获得了越来越多的青睐.在航空领域,由于能够满足日益严苛的重量、力学性能和航线运营维护的要求,复合材料的用量更是已经成为飞机先进性的一个重要标志. 随着人们对大型客机安全性、经济性、舒适性、环保性要求的提高,对飞机结构提出了诸如减重等更多的迫切需求,这些需求促使复合材料获得了更为广泛的应用.欧美国家从上个世纪80年代便启动了很多科技计划来推动复合材料在飞机结构上的应用.例如,波音777复材用量占比达到10％,787达到50％;空客A380复材用量占比达到25％,A350XWB达到52％.通过复合材料的应用,飞机的舒适性和经济性都得到了显著改善.中国商飞作为世界航空界后起之秀,充分借鉴自研机型的经验积累,逐级加大复合材料用量,C919复材用量占比能达10％,CR929能达51％.     

由单向层压板偏轴拉伸S-N曲线估算面内剪切S-N曲线的方法

基于单向偏轴复合材料层压板的疲劳失效机理,提出了采用Hashin疲劳失效准则从单向层压板偏轴拉伸S-N曲线估算复合材料面内剪切疲劳S-N曲线的方法,结合纵向/横向S-N曲线和估算得到的剪切疲劳S-N曲线,可以预测任意角度偏轴层压板的S-N曲线。用4种不同材料的层压板疲劳试验数据对此方法进行验证,发现对于同种材料从不同角度偏轴层压板的疲劳数据中估算得到的剪切S-N数据具有很好的一致性,结合估算的剪切S-N曲线和纵向/横向S-N曲线预测得到的不同角度偏轴层压板的S-N曲线与试验数据吻合很好。     

基于子模型方法的连接机构接触模型及其应用

航空领域面临着大量的连接机构接触问题,解决此类问题的有效方法是采用有限元分析方法,但又面临计算耗时过长、计算效率过低的问题.针对这些不足,本文将子模型方法与有限元方法相结合,基于有限元分析软件ANASYS,对某一具体连接机构的三维接触问题进行了分析计算.首先针对一简单结构,验证了子模型方法的有效性.然后将子模型方法用于解决该连接机构问题,并得到了合理的结果.最后讨论了连接机构的应力值随网格密度、倒角半径的变化.研究结果表明,子模型方法结合有限元法能成功地用于工程中复杂结构件的接触问题分析.     

民用飞机机翼根部连接与柔性补偿设计

民用飞机机翼根部连接区是机翼和机身载荷交换平衡的关键部位,结构强度和耐久性、结构传载效率、装配协调要求、细节处理等设计要求很高。给出了民用飞机机翼根部连接设计的难点分析、传载特性分析、根肋布置方法及其特点分析、不同根部对接方案设计对比分析;提出了一种减缓结构装配应力的柔性补偿设计方法,并通过试验结果验证了相关柔性补偿设计方法的可行性;讨论了考虑复合材料承载特性的复材机翼结构根部对接考虑要点和设计建议。     

复合材料加筋板损伤抑制带设计与分析

研究损伤抑制带对损伤扩展的抑制机理以及损伤止裂效果对于提高结构强度和效率具有重要意义。采用渐进损伤分析方法和有限元模型分析了抑制带对蒙皮/筋条的损伤扩展的抑制情况和发生机理;讨论了损伤抑制带数量和其沿蒙皮厚度的分布等设计变量对结构剩余强度的影响。结果表明：0°损伤抑制带将蒙皮损伤抑制在缘条附近并维持一段加载历程,从而提高了复合材料加筋板的承载能力;蒙皮的失效应力随着0°损伤抑制带层数的增加而增加;对于相同数量的0°损伤抑制带,其沿着蒙皮厚度的不同分布对结构承载能力的影响很小。     

复合材料机翼下壁板对接区设计与分析

机翼对接设计是飞机结构设计的一个重要环节,其设计的好坏关系到飞机的飞行性能和使用安全性能。基于国外先进民用客机外翼与中央翼的对接结构形式,设计了两种复合材料机翼下壁板的对接形式,并对其连接强度和失效模式进行了研究。利用商业有限元软件ABAQUS结合内聚力单元模型,模拟壁板蒙皮/缘条界面的失效,并获得不同对接形式构件的脱胶起始位置;通过引入Hashin失效准则的有限元模型研究拉伸载荷下对接构件的承载能力,并校核了螺栓强度;最后,比较分析了两种构件的最终失效模式,为复合材料关键连接区的细节设计提供一种有效的方法。     

基于有限元仿真的含中心孔层压板强度预测方法

在材料承载应力不可能超过其自身强度的原则上,假设复合材料遵循弹性-塑性等效就位力学行为,提出了一种基于线弹性有限元分析的含中心孔层压板渐进失效和强度预测的仿真方法;在仿真中对单元材料属性进行随机赋值以模拟真实材料状态,采用Hashin准则对材料失效进行判定并对失效材料按照其失效模式进行弹性常数退化;通过试验测试了5种不同铺层的玻璃/环氧复合材料带孔层压板的强度,在不单独考虑分层的条件下,含孔层压板的预测强度与试验结果吻合较好,与传统有限元预测方法相比,本方法不需要人为地确定失效材料的退化因子。     

CJ818可调式平尾调节机构的初步分析与设计

可调式水平尾翼能减小飞机的配平阻力,比使用升降舵更有利,常被大型运输类飞机广泛采用。对150座级的干线客机CJ818水平尾翼的调节机构进行了载荷分析和初步结构设计,平尾的角度调节范围为(-12°,3°),并利用有限元软件对机构进行了校核分析,达到既满足设计要求又充分发挥材料潜力、减轻结构重量的目的。     

带止裂筋整体翼梁结构的破损安全分析与试验

为了研究带止裂筋整体翼梁结构的裂纹扩展特性,采用ANSYS有限元软件对裂纹尖端应力强度因子进行数值计算,对缩比试验件进行疲劳裂纹扩展试验,当裂纹扩展到止裂筋前时进行剩余强度试验。结果表明:在梁缘条和蒙皮断裂情况下,止裂筋能够降低梁腹板上的应力强度因子幅值,对裂纹扩展起到拟制作用,其能够承担较大的静载荷从而实现破损安全设计,但是用止裂筋阻止疲劳裂纹扩展的效果并不显著;与梁弯曲产生的正应力相比,腹板上的剪应力不足以驱动Ⅱ型裂纹扩展。