金属和复合材料紧固件连接柔度解析计算研究

针对现代大型客机结构典型的紧固件连接形式,利用解析算法计算金属与复合材料单钉单剪搭接和单钉双剪搭接连接件的载荷-变形特性(P—δ曲线)和单钉连接柔度,并与试验结果对比,验证解析算法的可行性,作为多钉连接件钉载分配、细节应力分析和飞机结构强度计算的基础。     

复合材料层合板多钉连接的紧固件连接柔度

复合材料层合板多钉连接结构中螺栓紧固件连接柔度随钉排数增加而变化。为了阐明多钉连接紧固件连接柔度与单钉连接紧固件连接柔度的差异并建立多钉连接紧固件连接柔度的计算方法,进行了ZT7H/5429复合材料层合板螺栓连接结构拉伸试验和紧固件连接柔度解析求解;研究了旁路载荷对紧固件连接柔度的影响规律并提出了旁路载荷伴随下紧固件连接柔度的计算公式;针对紧固件连接柔度取值与分析模型的相关性,构建了描述钉间层合板柔度偏差的模型适应函数并提出了面向分析模型的紧固件连接柔度修正公式;对1列5钉连接结构进行了钉载计算。结论表明：采用所建立的修正公式对紧固件连接柔度修正后,使得梁-壳有限元模型的钉钉载最大计算误差由16%减小至3%,钉载峰值的计算误差由11%减小至2%,实现了准确且快速的钉载计算,尤其适合大规模复合材料层合板结构钉群连接区的工程应用。     

复合材料-钛合金混合结构多钉连接钉载分布及有限元计算

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由于存在钉载分配不均匀性而 降低了其连接的强度,因此确定钉载分布规律及其影响因素对提高多钉连接的传载效率具有重要意义。以复 合材料-钛合金混合结构为研究对象,分析凸头、沉头两种紧固件连接下复合材料板间共固化、胶接和分离三 种装配形式的钉载分配特性以及不同装配形式对钉传载荷的影响;利用应变电测法测量连接区钉孔的应力分 布;采用 ABAQUS软件建立三维有限元实体模型,对钉群的钉载分配行为进行仿真分析及试验验证。结果表 明:除沉头铆钉复合材料板共固化连接件的钉载分配呈加载端至支反端逐渐递减的阶梯状外,其他各形式连接 件的钉载分配皆呈两边高、中间低的浴盆状,仅各排钉载所占比例有所区别;复合材料板分离件各排钉载差距 最大,胶接件次之,共固化件差距最小。     

复合材料机械连接钉载分配有限元模拟方法研究

以一列三钉复合材料连接为例,采用节点绑定法、梁元法、弹簧元法以及基于独立网格技术的Fasteners单元法模拟螺栓;壳元和三维实体单元模拟复合材料板,建立了复合材料机械连接有限元模型,计算了不同模型下的钉传载荷和钉载分配比例,并分析了不同简化模型的计算精度。研究结果表明,基于Bushing属性的Fasteners单元法是计算复合材料机械连接钉载分配的有效方法。     

复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析

按照连接设计准则及机身压差载荷水平,开展了复合材料机身壁板的纵向连接设计研究。为提高壁板多钉连接结构分析精度及设计效率,发展了一种基于Fastener单元的钉群载荷计算方法,在此基础上结合单钉失效分析模型,提出了一种壁板多钉连接区的失效评估方法。首先,通过与试验数据对比,验证了采用Fastener单元求解钉群载荷的可行性;然后运用Fastener单元分析壁板连接结构的钉载分配;最后基于钉载分析结果,对局部危险区域采用单钉模型进行失效载荷计算并进而评估壁板连接区的失效载荷。本方法特别适用于快速、有效地校核多钉连接区的连接强度。     

高超声速飞行器多层次结构强度分析方法

针对高超声速飞行器结构应力损伤问题,采用有限元子模型法对高超声速飞行器结构强度进行分析研究。有限元分析依据模型复杂情况分为3个层次进行:第1层次采用较为稀疏的网格,获得二级子模型边界上各点的位移和力分布;第2层次将二级子模型网格划分细密,并用Fastener单元模拟群钉连接结构,获得较为准确的应力计算结果及钉载分配;第3层次选取钉载最大的部位建立三级子模型,引入渐进损伤子程序对危险部位进行损伤分析。文中采用ABAQUS子模型法,结合Fastener单元及UMAT(User-defined Material Mechanical Behavior)对高超声速飞行器结构强度由整体到局部进行了有限元分析,解决了常规有限元分析法网格多、计算困难等难题。     

刚度比对复合材料多钉连接钉载分配影响研究

通过试验和有限元分析研究被连接元件的相对刚度对多钉双剪连接钉载分配的影响。对2种厚度层压板各研究了4种刚度比情况,对每种情况都用3种有限元模型进行了钉载分配的计算,计算结果与试验结果符合较好。得出的结论可以用于复合材料结构的设计。     

基于中点误差的紧固件刚度曲线优化方法

在飞机结构设计中,结构静强度是飞机结构设计成功的基础,在满足性能指标的基础上实现对结构轻量化的优化目标是飞机结构工程师不变的追求。紧固件作为飞机结构零件之间的机械连接方式,其高载下弹塑性刚度变化的准确表达将影响复杂模型非线性仿真结果的准确性。以某型飞机机翼盒段为研究对象,利用商用软件ABAQUS进行非线性有限元仿真模拟,用FASTENER单元对飞机盒段模型中的紧固件进行表达,同时加入紧固件的刚度曲线,并对非线性计算过程当中,由刚度曲线定义的不合理性所导致的迭代收敛性问题进行了研究,得到了基于中点误差的刚度曲线优化方法,并最终完成了复杂的非线性仿真分析。仿真结果实现了对试验的较好仿真,为实现复杂模型下自动化添加大量非线性紧固件提供了基础。     

飞机主承力结构细节分析

工程上往往会遇到如飞机、轮船、汽车等大型结构,对这些大型结构进行有限元分析有时须同时考虑整体以及局部。对于大型结构采用较密的网格,这样会耗费大量时间、资源等,有时会导致计算不收敛;对于局部结构须划分较细的网格才能得到局部构件的细节应力。本文采用子结构法（超单元法）对机翼整体模型中的主承力构件梁进行网格细化,其中梁筋条与肋以及梁缘条与机翼蒙皮采用钉元（弹簧元）模拟多钉连接。在危险载荷工况下对梁进行强度校核和钉载分析,结果表明子结构法能很好地反映大型结构的整体以及细节应力分布,钉元法能很好地模拟机翼多钉连接。     

民用飞机外翼、中央翼下壁板对接结构分析及试验研究

对接结构设计是飞机机翼结构设计的重要环节,其设计的优劣关系到飞机的使用寿命和安全性能。在分析国外先进民用客机外翼与中央翼对接结构型式的基础上,设计了两种机翼下壁板与对接肋的连接型式,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ANSYS研究拉伸载荷下对接结构的承载能力,根据计算结果针对对接型式进行试验研究,研究其破坏模式及钉载分配。最后,比较分析了两种不同结构型式的破坏模式和载荷分配,为关键连接区的结构细节设计提供方法支持。     

基于改进支持向量机回归的非线性飞机结构载荷模型建模

为进行飞机结构载荷安全监控并为飞机结构疲劳寿命评估积累相关数据,需建立与飞行参数相关的 飞机结构载荷模型。针对飞机结构载荷与飞行参数之间的非线性关系,采用改进停机准则的 SMO 算法及粒 子群模型参数优化算法对支持向量机回归方法进行改进,并通过飞行动力学理论分析结合皮尔逊相关系数的 方法对参与建模的飞行参数进行选取。以飞机跨声速俯仰机动为例,建立机翼某一测载剖面结构剪力模型,并 对该建模方法进行仿真验证。结果表明:采用改进支持向量机回归方法所建立模型精度优于原始支持向量机回归方法建立的模型,即采用改进支持向量机回归方法可提高建模精度及泛化能力。     

复杂结构飞行器的飞行载荷建模方法研究

复杂结构飞行器的传统飞行载荷建模方法存在误差大、效率低的问题。考虑电桥指标及载荷方程指标对载荷模型的综合影响,提出一种飞行载荷改进建模方法,以多梁多墙结构为例,基于某型机机翼地面载荷校准试验数据建立载荷模型,将改进方法与传统方法计算的弯矩及剪力进行对比,结合试飞数据对改进方法所得模型进行验证。结果表明：该飞行载荷改进建...     

基于均值的副翼作动筒载荷事件划分方法

副翼是民用飞机重要操纵面之一,主要功用是产生飞机滚转力矩,用于改变飞机的航向。现代中大型飞机的操纵系统大都采用伺服作动器-操纵面装置,当操纵面受到铰链力矩时作动器也相应受载。以民用飞机副翼作动筒为研究对象,基于试飞实测数据与主操纵面作动筒载荷计算模型,提出了一种基于均值的作动筒载荷事件划分方法。结果表明,该事件划分方法效果理想,较好地反映出了不同飞行事件之间载荷均值的差异。通过对14 000次飞行作动筒载荷历程进行雨流处理,给出了相应的载荷谱及载荷幅值、均值分布直方图,总结出相关分布规律。该疲劳载荷谱及相应的分布规律对工程实践中的寿命计算具有重要意义。     

发动机吊挂与机翼连接接头强度分析与试验

飞机吊挂与机翼连接接头主要用于传递来自动力装置的载荷,是飞机结构强度设计的关键件。为了精确分析吊挂与机翼连接接头强度及应力应变分布规律,设计了一套接头强度静力试验系统,研究了接头强度有限元建模方法。以总体有限元分析得到吊挂与机翼连接接头载荷为基础,建立了接头的细节有限元模型,分析了对接头强度影响较为严重的两种工况。有限元分析结果与试验结果对比,验证了接头强度有限元建模方法合理,对民机发动机吊挂与机翼接头设计具有应用参考价值。     

T型尾翼布局的垂尾载荷测量技术

针对T型尾翼布局下平尾影响垂尾载荷的特点，提出了一套适用于T型尾翼布局的垂尾载荷实测试飞方法。该方法通过分析平尾载荷对垂尾的影响，设计平尾非对称校准加载工况，将其引入垂尾载荷方程建模，并使用该垂尾载荷方程测量了某型飞机型号合格审定试飞的垂尾飞行载荷。试验结果表明，载荷方程测量误差由5.3%降低到3.14%，平尾不对称弯矩载荷对垂尾弯矩影响显著，偏航机动严重受载状态时可达到垂尾弯矩的57.6%，滚转机动严重受载状态时可达到垂尾弯矩的61.9%。     

民用飞机配电网络过流保护分析方法研究

飞机配电网络过流保护分析是验证飞机电网设计合理性、可靠性和安全性的重要内容之一.因此,主要对飞机配电网络过流保护分析方法进行了研究,并提出了一种特性曲线法.该特性曲线法基于导线载流特性曲线和电网保护装置过流保护动作特性曲线,分析方法简单、实用,可用于支持合格审定阶段飞机配电网络设计验证.     

三翼面飞机前翼和平尾机动载荷优化配置

对三翼面飞机两种典型机动状态下的飞行载荷进行了分析,提出了一种适合三翼面飞机机动载荷优化配置的方法。讨论平尾升降舵与前翼操纵面之间的协调偏转率变化以及飞行动压变化,对配平参数、铰链力矩和载荷分布的影响。指出协调偏转率变化会引起平尾升降舵和前翼操纵面的配平角度、铰链力矩以及平尾和前翼载荷分布的显著改变,在设计时应该对协调偏转率加以选择,从而对平尾和前翼的载荷进行综合优化配置。     

基于飞行参数的舰载机拦阻力统计建模与预计

拦阻钩是舰载飞机最重要的特征部件之一，对其受载进行测量、统计建模与预计具有重要的工程意义。在飞机拦阻动力学分析基础上确定了飞行数据统计建模所需的关键参数，结合某型机载荷试飞、机舰适配性试验，实测研究了飞机拦阻实际受载特点，采用线性或非线性方法统计建立了最大拦阻力与常规飞行参数之间的拟合函数关系，并得到了最大拦阻力的预计模型。建模、验模与预计结果表明，所选关键参数合理，能够充分反映拦阻钩的受载及其主要影响因素，采用纵向过载、啮合速度和发动机高压转速等参数建立的拦阻载荷统计模型可用于拦阻着陆或着舰试验时最大拦阻力的有效预测。     

民用飞机液压系统建模与负载流量需求计算的研究

飞机液压系统的一个重要设计指标是能够满足全飞行剖面场景下的负载流量需求。介绍了一种用于飞机液压系统负载流量需求分析的数字仿真分析方法,通过开发数学模型构建了液压能源子系统和液压用户的负载子系统模型,进而仿真分析典型飞行剖面下液压系统的负载流量需求,模拟了飞机液压系统的动态工作过程,能够反映飞机液压系统与液压用户负载之间的耦合动态特性。仿真结果表明,这套模型满足液压系统分析需求,可用于液压系统的设计支持工作。     

柔性飞机的非线性飞行载荷计算研究

以某歼击机为例,按《军用飞机强度和刚度规范》要求,重点介绍了考虑飞机结构柔性和非线性气动力特性、气动载荷分布的飞行载荷计算方法和计算结果,并对柔性飞机的非线性气动力特性和气动载荷分布对飞行载荷计算状态和严重载荷设计情况选取的影响进行了对比和分析,确定了飞机严重载荷设计情况和设计载荷,从而得出一些具有实际工程参考价值的结论。分析表明,所提出的飞行载荷计算方法合理有效,计算结果合理可信。