复合材料冲击损伤超声回波特性及其成像检测

复合材料冲击损伤的评估和无损检测,对于复合材料设计、制造和工程应用与服役都显得非常重要。在众多的无损检测方法中,超声是目前用于复合材料冲击损伤检测与评估的一种最为重要的方法。冲击损伤是复合材料制造、特别是使用过程中容易产生的一种损伤形式,由于复合材料自身工艺结构特     

基于二维线阵和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法

复合材料在航空结构中的应用越来越广,但其遭受外界物体冲击后很容易在内部产生表面不可见损伤,所以对复合材料结构的冲击事件进行在线监测十分必要。基于压电传感器（PTZ）和Lamb波的冲击定位方法是目前的研究热点,但是Lamb波信号在复合材料结构中传播的各向异性给冲击定位带来了困难。本文将空间滤波器算法推广到复合材料结构的冲击监测应用中,研究了与波速无关的空间滤波器冲击定位原理,提出了基于二维线性压电传感器阵列和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法。该方法首先采用Shannon连续复数小波变换提取并构建宽带冲击响应信号中的窄带Lamb波解析信号;然后利用波速无关的空间滤波器算法计算出结构冲击相对于各条线性压电传感器阵列的角度;最后使用冲击无波速定位公式计算出结构冲击的位置坐标。在碳纤维层合板上对该方法进行了实验验证。验证结果表明：该方法可以实现对复合材料结构的冲击进行不依赖信号传播速度的定位,定位误差小于1 cm。     

复合材料整体化加筋壁板高速冲击损伤数值模拟

 以复合材料结构抗弹性能分析与设计为目的,根据纤维的线弹性假设和基体的粘弹性假设,推导了复合材料单向板的粘弹性本构关系,导出了高应变率下复合材料层板的一阶剪切理论,建立了复合材料整体化加筋壁板高速冲击有限元分析模型.该模型引入界面单元模拟复合材料层间分层以及筋条与壁板间的脱粘损伤,结合Hashin失效准则进行筋条和单层板面内损伤识别,引入材料刚度退化,采用非线性有限元方法,研究了复合材料加筋结构高速冲击的破坏过程及损伤特性.数值分析结果与实验结果吻合良好,证明了该方法的合理有效性.探讨了筋条参数对高速冲击损伤的影响规律,获得了一些有价值的结论.     

超声F扫描检测碳/环氧复合材料层合板冲击损伤—电阻变化

利用超声F扫描方法检测了经不同能量冲击后的碳/环氧复合材料层合板,并测量了复合材料冲击前后电阻.结合冲击能量、电阻变化、超声F扫描图像综合分析了冲击后碳/环氧复合材料的状况.结果表明,超声F扫描能够确定碳/环氧复合材料冲击损伤能量阈值;不同能量的冲击都会使碳/环氧复合材料的电阻发生变化,但只有大于能量阈值的冲击才会在复合材料中产生损伤;超声F扫描提高了基于电阻变化判断复合材料是否损伤的准确性.     

航空复合材料结构铆接技术综述

当前复合材料已成为飞机结构最主要的材料之一,然而我国复合材料应用与世界先进水平相比还存在一定差距,典型特征是复合材料用量占比较低。和金属结构相比,连接是复合材料结构制造与装配的薄弱环节,复合材料各向异性、脆性等特点决定了其连接面临的问题更复杂。复合材料结构采用铆接对于飞机减重、控制制造成本具有积极作用,但复合材料铆接易产生损伤,限制了其在关键连接部位应用。对航空复合材料结构铆接技术的应用进行了系统介绍,包括铆接工艺及方法、复材铆接结构形式和复材铆接所用紧固件;指出铆接过程中复合材料产生损伤的3个主要方面：制孔过程的损伤,铆接过程复合材料结构表面承受的冲击损伤,以及镦头成形、钉杆膨胀时对复合材料的挤压损伤;重点针对安装过程对复合材料造成的冲击损伤、铆钉膨胀对复合材料造成的挤压损伤进行分析并提出相应的解决措施,主要从减小钉杆膨胀对复材的挤压程度、对复合材料采取保护措施两个方面入手;对比研究结论认为,制定合理的工艺规范、采用先进的铆接工艺方法和重视垫圈的保护作用可以有效抑制复材铆接损伤、提高复材铆接质量。最后,对复合材料铆接技术的发展提出了展望。     

复合材料层合结构低速冲击后的渗漏性能

对复合材料贮箱结构进行低速冲击试验,并测试冲击后贮箱结构的渗漏性能。试验结果表明,当层板内部的基体损伤和分层损伤构成贯穿的通路后即导致贮箱渗漏,并且贮箱结构的冲击能量渗漏门槛值介于23~25J之间。在试验基础上建立了有限元模型以分析冲击后贮箱结构的内部损伤情况,并判断结构是否渗漏,计算结果与试验吻合良好。在计算模型的基础上对曲面贮箱结构的冲击渗漏性能进行分析。     

复合材料结构的低功耗冲击区域监测方法

复合材料凭借优异性能而被广泛应用于民用飞机结构,但复合材料结构可能会因冲击而产生内部损伤并严重降低结构的性能。因此,以低功耗方法不间断地对飞行器复合材料结构进行冲击监测就显得尤为关键。面向机载提出了一种基于反向加权和的低功耗冲击区域定位算法,该算法基于数字化冲击监测原理,依据冲击响应数字序列进行冲击事件的区域定位。算法运算过程简单高效,便于通过嵌入式软件编程至核心处理器,并显著减少在核心处理器执行算法所需的功耗、时间和存储空间,有利于冲击监测系统的低功耗设计和应用。此外,将算法应用在低功耗小型化冲击监测系统中,并评估了冲击区域定位算法在复合材料机翼盒段结构上的准确率。评估结果显示,低功耗冲击区域监测方法可以准确的监测每次冲击事件,且冲击区域定位准确率达到了96%。     

复合材料层合板低速冲击损伤研究

复合材料具有比强度高、比刚度高等优良特性,因此被广泛应用于航空航天结构中。但是复合材料结构抗冲击性能差,当结构在制造和使用过程中受到外来冲击后,会造成多种形式的损伤,降低其承载能力。本文采用数值计算和试验相结合的方法,研究铺层顺序对复合材料层合板冲击后剩余压缩强度的影响。计算结果表明,当层合板较薄时,调整铺层顺序对层合板冲击性能的影响很小;随着层合板厚度逐渐增加,调整铺层顺序后,层合板冲击接触力和剩余压缩强度值变化越大;在层合板总厚度和各方向单层比例一定的情况下,将0°层靠近内侧铺设能得到较高的剩余压缩强度值。     

复合材料变厚度加筋板后屈曲耐久性/损伤容限一体化设计研究

在先进的复合材料飞机结构上大量采用复合材料加筋板这种结构形式。因此,本文着重研究了复合材料变厚度加筋板后屈曲、冲击损伤与冲击损伤对承载能力的影响,以及复合材料变厚度加筋板冲击损伤、后屈曲、耐久性/损伤容限设计一体化综合试验方法。最后,作者根据多年从事飞机型号结构设计经验,并结合本文的研究结果,总结出15项复合材料变厚度加筋板后屈曲耐久性/损伤容限一体化设计技术,以期对我国预研新机的复合材料飞机结构设计,对已研飞机的复合材料飞机结构改进、评定有所启示。     

低速冲击作用下复合材料层合板永久凹坑数值分析

<正>纤维增强复合材料因为具有比强度、比刚度高,可设计性好等特点,在许多重要的工程结构中,得到了广泛的应用,但是由于复合材料低层间强度和脆性性能也导致复合材料对冲击作用比较敏感,使得复合材料层合板在受到外物冲击后容易出现损伤,使复合材料层合结构的承载能力大大降低[1]。高能量或中等能量冲击作用会造成结构的穿透或侵入损伤,这些损伤容易被检测并进行修补,而对于低能量下的冲击,结构表面几乎看不出损伤缺陷,但     

民用飞机结构检查可达性分析研究

结构检查的可达性对于航空公司的定检维修相当重要,而针对民用飞机的结构可达性分析的研究相对较少。从适航条款的要求出发,结构可达性可分为目视检查(一般目视检查和详细目视检查)任务、无损检测任务和更换、调整任务,而检查类型任务才是可达性分析的重点。提出了一种结构检查可达性的分析方法,总结了目视检查任务和无损检测任务两种类型任务的检查要求,根据检查任务的检查要求,基于人体实体可达性、结构本体可达性、光照情况和维修资源使用情况四个角度,提出可达性检查等级,可达性检查等级结合检查任务实施的检查门槛值和检查重复间隔,给出可达性分析结论。通过某型飞机详细目视检查任务和无损检测任务的案例分析,可以看出此结构检查可达性分析方法易于操作,并可以给出明确的可达性结论,为可达性措施条款的符合提供了一种分析途径。     

民用飞机襟翼下沉铰链机构维护成本分析研究

民用飞机襟翼下沉铰链机构是一种被广泛采用的收放运动机构,其维护成本对运营经济性影响较大。针对民用飞机襟翼下沉铰链机构维护成本预计与实际运营差距较大的问题,基于MSG-3（Maintenance Steering Group 3）分析法提出一种维护成本预计方法。以损伤容限分析结果为参考数据,通过MSG-3 分析得到襟翼下沉铰链机构的检查方法、门槛值和检查间隔;根据维护任务的性质和来源,建立直接维护成本预计模型,对襟翼下沉铰链机构维护成本进行预计;以具体机型的襟翼下沉铰链机构为例,验证维护成本预计方法的可行性和有效性。结果表明：本文提出的维护成本预计方法能够较为全面地预计机体结构维护成本,相对其他方法更贴近实际运营。     

民用飞机铰链运动机构维修间隔制定研究

铰链机构是民用飞机中一种被广泛采用的运动机构,其维修间隔的合理制定对于保障飞机安全、经济运营起到重要作用。通过对 MSG-3、适航条款和国家军用标准中相关内容以及维修间隔的影响因素进行详细分析,提出民用飞机铰链机构维修间隔的制定流程,并以某型飞机襟翼铰链机构维修间隔制定为例进行验证。结果表明：本文提出的制定流程可行,为飞机铰链机构的维修间隔和维修大纲的合理制定提供了依据;该铰链机构的偶然损伤和环境损伤的检查门槛值、重复检查间隔均为 5 个日历年,疲劳损伤的检查门槛值为 24 000 fh,重复检查间隔为 14 400 fh。     

破损安全设计在民用飞机襟翼运动机构中的应用

后缘襟翼是现代民用飞机的关键增升装置,运动机构是其重要的支撑结构。根据后缘襟翼运动机构特点和损伤容限要求,提出了破损安全设计要求和不同类型的破损安全结构应用场景。基于裂纹扩展方法和主、副结构裂纹独立扩展的原则,给出了不同类型破损安全结构的裂纹扩展曲线、检查门槛值和重复检查间隔的确定方法;针对主流铰链襟翼和滑轨襟翼运动机构的传力和连接特点,从主、副结构的相对位置出发提出了同位结构和异位结构的分类方式,从结构特点出发提出了平板结构和铰链结构的分类方式,给出运动机构破损安全设计流程,并提出了典型富勒襟翼滑轨等待破损安全最小设计间隙确定方法,对民用飞机的研制具有重要意义。     

民用飞机短舱复合材料结构雷电直接效应试验验证方法及漆层厚度影响研究

随着飞机设计的发展,复合材料广泛应用于民用飞机短舱结构。由于碳纤维复合材料结构的导电性以及抗雷电损伤能力比铝合金结构差,复合材料短舱结构雷电防护能力已成为影响飞机飞行安全的一项关键问题。依据相关适航条款和相应的国际标准,阐述了民用飞机短舱复合材料雷电防护试验验证方法,并依据验证方法对漆层厚度的损伤影响进行了试验研究。短舱常规蒙皮构型的复合材料试验件,在不同漆层厚度下的雷电防护试验结果表明,漆层较薄时,漆层对短舱复合材料的雷电直接效应防护能力无明显的影响;当漆层厚度达到一定厚度时,较厚的漆层将显著降低短舱复合材料的雷电直接效应防护能力,最严重时将造成复合材料蒙皮的击穿,损伤蒙皮内部系统设备,从而危害飞行安全。试验结果与理论的机理分析具有良好的一致性,对民用飞机短舱复合材料结构的雷电防护设计提供了指导方向和参考意义。     

民用飞机复合材料层压板铺层设计方法研究

在民用飞机复合材料应用中,关键技术领域包括选材、结构设计、强度分析、制件成型及装配工艺、结构修理、适航等。针对民用飞机复合材料层压板铺层设计方法展开研究,在结构初步设计阶段运用工程方法完成结构铺层设计和尺寸设计。     

基于机器视觉技术的飞机绕机外观检查方法研究

大型民用飞机试飞和航线运营期间,对其外观表面进行绕机外观检查是适航性安全检查的必要工作.目前飞机的绕机检查主要采用人工绕机方式,该方式,且成本高、效率低,易出现漏检、误检等人为因素,因此智能外观表面检查方法的研究是一项迫切的任务.相比于其他工业检测任务,飞机外观检查智能识别目前无公开数据集,且飞机真实外观损伤类型多样....     

先进复合材料制造及过程控制技术

先进复合材料在民用飞机中的大量应用带来了突出的减重优势和经济效益,同时对复合材料制造技术和成型质量提出了高标准要求。针对先进复合材料在民用飞机中的应用,介绍了国内外先进的大型民用飞机中典型复合材料构件的制造方案,并按照过程质量控制要求,从原材料、工艺过程及产品检验三方面进行了复合材料构件制造过程质量控制分析。分析表明,发展基于自动化的先进复合材料整体成型技术并实现复合材料制造过程的高水平控制,对满足民机适航性和经济性的高标准要求、实现复合材料在民机领域的大规模应用与批产具有重要意义。     

3D打印夹芯复合材料模拟冰型设计与分析

适航取证是所有民用飞机走向市场投入使用的必经环节。根据适航条例,测试机完成模拟冰型试飞是必须进行的Ⅰ类风险试飞课目,以考察飞机综合的气动以及操作稳定性能。由于真实结冰飞行测试难度大风险高,因此开展模拟冰型的研究设计格外重要。以某民用飞机机翼自然结冰过程为研究对象,首先,确定研究飞机的临界冰型,设计模拟冰型结构以及采用3D打印夹芯材料制作复合材料模拟冰型;其次,通过CFD仿真得到带冰模型在极端工况下所承受的气动载荷,利用有限元分析得到模拟冰型的破坏强度以及破坏形式;最后,通过静力试验验证仿真结果的有效性,继而验证3D打印夹芯复合材料模拟冰型设计方案的可行性。     

成对使用的机翼主要构件可靠性分析

本文综合考虑了飞机构件疲劳与断裂两方面的特性,提出了在计及裂纹漏检条件下计算成对使用的机翼主要构件在任一检查周期内破断全概率的一种可靠性分析方法。并且,以某型后掠式飞机机翼主梁为例,给出了计算结果。