飞机载荷－环境谱的编制

要进行飞机典型构件的腐蚀疲劳试验和分析,就必须编制飞机载荷－环境谱。介绍了飞机载荷－环境谱的概念和分类,提出了飞机载荷－环境谱的编制方法,阐述了飞机当量环境谱的编制步骤。利用该方法编制了Ｎ５Ａ飞机当量环境谱和载荷－环境谱。该方法具有通用性和工程实用价值,可用于编制各种飞机的当量环境谱和载荷－环境谱。     

飞机长寿命设计与评定技术研究

简述了某型教练机长寿命设计与评定技术。在设计各阶段对飞机结构进行抗疲劳耐久性细节设计与研究,严格控制结构设计细节;在寿命评定阶段通过载荷谱飞行实测而编制出真实可靠的载荷谱,进行疲劳/损伤容限分析、全尺寸疲劳/损伤容限试验,验证了某型教练机达到了8000飞行小时的寿命指标。所取得的技术成果,为今后的长寿命飞机研制提供了技术支持。     

基于飞行科目统计分析的严重谱编制方法

我国飞机的疲劳试验绝大多数采用均值谱,具有疲劳周期较长的缺陷,若采用载荷严重谱则可以大大缩短试验时间。为满足全机试验疲劳寿命评估的需要,响应国内外飞机强度规范的要求,以国内某教练机的起落数据为基础,将任务分析法与统计思想相结合,建立基于飞行科目统计分析的严重谱编制方法,整理和完善编谱流程,编制得到各飞行科目包含加权中值载荷谱,一倍标准差谱,两倍标准差谱,90%存活概率95%置信度的严重谱,以及所有科目的总严重谱。通过K-S检验方法验证了载荷损伤分布的合理性,并根据当量损伤计算的统计结果给出严重谱代表起落的选取方法。结果表明:此严重谱编制方法合理有效,得到的编谱结果符合严重谱特征,选出的代表起落能够代表各飞行科目不同严重程度的使用情况。     

小鹰-500飞机疲劳试验载荷谱的编制方法

针对小鹰500飞机的设计和使用特点，选用了FAA推荐的通用飞机实测载荷谱数据，按照民机的TWIST编谱原则编制出用重心过载表示的“飞-续-飞”随机疲劳试验载荷谱，用于小鹰-500飞机机翼疲劳试验，并参照国外文献中有关尾翼载荷谱的保守处理方法，采用了从重心载荷谱计算出配套平衡的平尾机动载荷，将其幅值放大1.2倍和频次放大3倍的做法，编制出了平尾疲劳试验载荷谱。     

FCLP任务剖面的当量寿命消耗算法

旨在解决舰载飞机FCLP任务剖面的当量寿命消耗问题。基于剖面疲劳特征分析和海军飞行试验研究,探讨了典型FCLP载荷谱编制、疲劳评估的方法,推出了FCLP任务剖面当量寿命消耗的一种算法。研究结果表明,FCLP任务剖面当量寿命消耗总量大致减半,因此,可以更为精确地预测使用寿命。另外,通过一些算例,说明了舰载飞机和陆基飞机的疲劳损伤量化比较,需要采用综合的结构参数化方法。     

基于飞行参数的双发飞机发动机疲劳损伤差异分析

为给飞机发动机单机寿命监控提供依据,对两个用户的同型飞机发动机进行疲劳寿命分析。应用雨流计数法统计分析两个用户飞行参数,获得发动机使用载荷谱。应用线性累积损伤理论计算出关键件的疲劳损伤,将其与标准循环疲劳损伤比较,得到发动机飞行换算率。将同侧发动机的飞行换算率、同一飞机左右发的飞行换算率以及两个用户之间的发动机飞行换算率进行比较。计算表明:同一用户同侧发动机飞行换算率之间和两个用户之间的飞行换算率差异较大,同一飞机左右发飞行换算率之间存在一定差异,部分飞机左右发相差较大;两个用户总体的发动机飞行换算率和各个用户内部的发动机飞行换算率均服从对数正态分布;发动机在实际使用中的高低压转子飞行换算率均服从对数正态分布。     

使用载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分散系数

本文在研究试验应力与疲劳分散系数分布规律的基础上,进一步研究给出:在使用载荷下高损伤的重谱可降低寿命,但不能降低疲劳分散系数的结论.这一研究结论与我国2010年新颁布的飞机结构强度规范规定的重谱可比平均谱取低一半的疲劳分散系数(从4降到2)相悖.为了验证这一研究结论的正确性,本文找到了在使用载荷下的重谱和平均谱的5种不同材料、不同结构模拟件的试验数据,用这些试验数据验证了本研究结论的正确性.     

载荷状态模拟和损伤当量相结合的疲劳试验载荷谱的编制方法

探讨了一种戴荷模拟和损伤当量相结疲劳试验载荷谱的编制方法，重点研究了以损伤当量化为依据的载荷和载荷状态简化的过程。     

二维分布载荷顺序效应与排列顺序效应

首先建立了二维载荷谱分布,然后依据载荷顺序效应损伤机制编制了3种疲劳谱。通过二维分布谱的载荷顺序效应与排列顺序效应分析得出,谱载荷顺序效应仅与载荷总均值有关,并随其增大有可能对寿命预测影响较大。但编谱方式对零件寿命影响不大。     

某型飞机全机主操纵系统疲劳试验载荷谱编制

针对目前几种飞机主操纵系统疲劳试验载荷谱编制方法及其优缺点进行了分析讨论，并对某型飞机全机主操纵系统疲劳试验载荷谱编制进行了阐述。     

Modified micro-mechanics based multiscale model for progressive failure prediction of 2D twill woven composites

To consider fiber random distribution at the microscale for the multiscale model based on the micro-mechanics failure (MMF) theory, clustering method is used for the extraction of amplification factors. As the clustering method is a kind of unsupervised machine learning method, the elements with similar mechanical behavior under external loading can be included in a cluster automatically at the microscale. With this modification, the fiber random distribution model can be used for multiscale damage analysis in the framework of MMF theory. To validate the modified multiscale analysis method, progressive damage analysis of a kind of 2D twill woven composites is conducted based on different microscale models. The stress values for microscale models with fiber hexagonal and random distribution patterns are compared first. Much higher stress concentration is generated in the fiber random distribution model due to the smaller inter-fiber distance especially under longitudinal shear loading. The obtained cluster distribution results exhibit the characters of the stress distribution in the two microscale models. Thereafter, tensile and compressive responses of the 2D twill woven composite are predicted with the modified multiscale analysis method and accuracy of the method is verified through comparison with published experimental results. From the simulation results, it can be found that the matrix damage initiation from the model based on the fiber random distribution model is premature compared with that from the model based on the fiber hexagonal distribution model. Besides, under tensile loading, the damage all initiates from the fill tows and propagates to the wrap tows. However, under compressive loading, the matrix damage initiates from the wrap tows in the model based on the fiber random distribution model.     

不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散性研究

飞机损伤结构疲劳寿命分散系数是分析损伤结构疲劳寿命分散程度的重要参数。针对飞机常用铝合金材料，开展预置损伤试验件疲劳测试。采用相关系数比较法，判断损伤结构剩余疲劳寿命分布类型；通过断口观察和数据统计处理，分析损伤与疲劳寿命关系及含损伤结构剩余疲劳寿命分散性规律。结果表明：含损伤结构剩余疲劳寿命更加符合威布尔分布；含预置损伤结构较未预置损伤结构疲劳寿命下降明显，随预置损伤尺寸增加，结构剩余疲劳寿命逐步降低，剩余疲劳寿命分散性增大，不同初始损伤结构疲劳寿命分散性差异较大。本文研究为建立飞机不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散系数模型提供参考依据。     

基于Fokker 27飞机过载-超越数曲线族的严重超越数包线选取

 以Fokker 27机群的过载-超越数曲线族为基础,建立了严重谱对应的严重超越数包线的获取方法。首先对外场使用的Fokker 27飞机机群的过载-超越数曲线进行筛选,得到59架飞机的过载-超越数曲线,采用线性累积损伤理论计算得到59架飞机每次飞行的损伤;假定机群载荷损伤服从对数正态分布,以严重谱下安全寿命满足机群寿命可靠度要求为准则,给出了严重谱的损伤程度。其次,采用对数正态分布描述指定过载下超越数的分布特性,外推得到满足损伤要求的严重超越数包线及对应的概率要求。结果表明,Fokker 27飞机严重过载-超越数曲线包线对应的超越数增量为1.117倍标准差。     

疲劳损伤阀值研究

 提出了一种新的疲劳损伤阀值,它是一个随机变量。疲劳寿命在一定显著水平下服从对数正态分布,由此可以证明疲劳损伤阀值服从正态分布。另外,通过统计检验,验证线性累积损伤也服从正态分布。因此,新定义的疲劳损伤阀值与线性累积损伤之间在分布形态上是一致的。还给出了带有可靠度和置信度的疲劳损伤阀值。     

复杂结构部件概率疲劳寿命预测方法与模型

针对多部位损伤(MSD)复杂结构部件的疲劳寿命预测问题,通过定义损伤临界值随机变量,分析、讨论了寿命概率分布、损伤概率分布、损伤临界值概率分布的属性及其之间的关系,研究了概率损伤累积原理,提出确定累积损伤临界值概率分布的方法,建立了概率累积损伤准则。基于多层次统计分析技术和系统层可靠性建模原理,构建了复杂结构部件的概率寿命预测模型;通过各关键部位的损伤累积和结构系统的失效概率计算,实现了复杂结构部件概率疲劳寿命预测,通过典型算例展示了方法及模型的应用。     

钛合金叶片前缘的外物损伤残余应力数值分析

为研究航空发动机叶片外物损伤(FOD)位置残余应力的分布规律,根据真实叶片前缘特征设计了模拟叶片,基于Johnson-Cook本构模型,使用LS-DYNA软件仿真分析钢珠以不同角度冲击钛合金模拟叶片前缘的过程,对比仿真与相同试验条件下的空气炮模拟外物损伤试验的FOD损伤形貌与宏观尺寸,验证了有限元模型的正确性。提取仿真计算的不同入射角度对应的FOD位置残余应力分布,结果表明:钢珠以0°角入射时,钢珠冲击产生的接触力和变形能明显大于其他入射角度的情况,说明钢珠偏斜一定角度入射时造成的偏斜型缺口处的材料失效与变形不如外物正撞前缘形成的半圆型缺口严重;在FOD缺口底部尖端靠近入射表面区域存在明显的残余拉应力。随着入射角度的增大,残余拉应力区的范围逐渐扩大,残余拉应力最大值逐渐减小。     

基于蒙特卡罗发动机竞争失效的下发仿真模型

针对常规的解析法预测发动机下发时间建模过程复杂且不易求解的问题,提出了一种基于蒙特卡罗仿真预测发动机首次下发时间的方法。通过分析发动机机队的历史数据,研究排气温度裕度(EGTM)的衰退规律以及性能衰退超标的寿命分布,统计各主要部件发生首次部件损伤的时间分布,并计算偶然性损伤的发生概率,确定偶然性损伤的时间分布,对性能衰退、部件损伤、偶然性损伤三种失效模式进行竞争分析,建立蒙特卡罗仿真模型,预测发动机的首次下发时间规律。结合该机队提供的实际下发数据,利用Kolmogorov-Smirnov检验确定首次下发时间的分布类型,经分析,仿真结果的可靠度误差甚小,在-1%~2%之间,从而验证了该方法的合理性和可行性。      

过盈配合对复合材料多钉连接强度的影响研究

过盈配合能改善复合材料连接结构载荷分配的不均匀程度,对过盈配合进行分析研究能为过盈配合在复合材料多钉连接中的设计应用提供工程参考价值。对一列三钉复合材料连接结构进行二维分析,通过改变接触关系来模拟过盈配合,并利用ABAQUS软件中的USDFLD子程序对结构进行损伤分析,从损伤机理出发,揭示过盈配合结构的损伤形态形成原理,研究过盈配合在结构损伤过程中对螺栓载荷分配的影响变化规律,及其对连接结构初始破坏强度和极限强度的影响。研究结果表明：适当的过盈配合能够实现载荷分配的均匀化,提高结构的初始破坏强度;过盈配合对结构极限强度的影响不大。     

某飞行科目中涡轮盘的损伤计算矢量喷管运动仿真

通过对某型航空发动机高压涡轮盘进行弹塑性有限元分析,计算涡轮盘在主次循环作用下的低循环疲劳寿命和寿命的概率分布,从而对涡轮盘在某飞行科目中的寿命损伤进行分析。对涡轮盘进行热分析;并对载荷谱进行分析处理,得出对涡轮盘损伤影响较大的主次循环和相应载荷谱;再对涡轮盘进行弹塑性分析,得到危险点处的应力、应变,计算涡轮盘确定性寿命和寿命的概率分布;利用线性损伤累积理论,得到涡轮盘在单次飞行和千小时飞行下的总损伤     

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。