复合材料机身壁板的强度分析与试验验证

复合材料在大型客机机身主承力结构应用是近年来的发展趋势,通过分析与大型壁板试验结合的方式研究了复合材料机身壁板的静力承载能力,以及疲劳与损伤容限特性。采用理论公式、半经验公式、有限元模态分析研究了蒙皮的屈曲载荷、壁板的承载能力。依靠创新的机身壁板多轴载荷试验系统,模拟机身壁板的实际受载情况,实现充压载荷、拉伸/压缩、剪切载荷的独立施加与组合施加。通过静力试验验证蒙皮屈曲的工程及有限元分析方法和壁板的剩余强度承载分析方法。引入预埋缺陷、BVID、VID冲击损伤,通过试验研究了损伤对应变分布的影响,并通过疲劳、损伤容限试验,验证了壁板的设计以及损伤的无扩展特性。     

机身框与长桁、蒙皮的连接形式研究

通过对飞机机身框与长桁、蒙皮连接的不同结构形式进行对比分析,从传力、疲劳耐久性、工艺性和结构重量等方面进行比较,得出各种连接形式的优缺点,为今后机身设计提供一定的依据和参考。     

复合材料机身帽型长桁加筋壁板压缩屈曲及失效特性研究

大型客机机身壁板材料现已广泛采用碳纤维复合材料,研究壁板的屈曲及失效特性对提高结构设计效率具有重要的意义。采用工程分析、有限元分析和试验三种方法研究压缩载荷下复合材料机身帽型加筋壁板的屈曲载荷、失效载荷和失效模式;通过工程方法和有限元方法研究压缩载荷下壁板的屈曲形式和载荷,采用 Von Karman 法修正的柱失稳方法研究壁板在压缩载荷下的承载能力;依靠先进的机身壁板多轴载荷试验系统完成 3 m×2 m 机身壁板的压缩载荷试验、压缩充压复合载荷试验,验证并完善工程和有限元分析方法。结果表明：屈曲分析时需要对工程分析和有限元方法进行修正,失效分析时采用修正的柱失稳方法的分析结果比试验结果略保守。     

大型复合材料机身壁板调姿定位与真空吸附柔性工装设计

针对大型复合材料机身壁板需要调姿定位和无损夹持的问题,提出基于混联调姿和真空吸附的柔性工装结构方案。在对复合材料壁板调姿定位工艺流程和真空吸附工艺流程分析基础上,设计一种集成了串联式的X向和Y向十字滑台、并联式的Z向和B角调整模块、真空吸附和A角自适应调节的柔性工装结构,并通过柔性工装试验件进行了功能试验。试验结果表明:调姿定位和真空吸附柔性工装调姿平稳、定位准确、真空吸附安全可靠,满足调姿定位和无损夹持功能要求。     

大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。     

复合材料结构多钉连接设计、分析与试验技术

在理论研究的基础上,应用有限元法进行复合材料多钉连接的载荷分配,并通过有限元法预测连接孔的挤压强度,大大提高了分析的精度;同时利用非线性分析方法分析了复合材料对角接头多钉连接的强度,并通过试验进行了验证,为复合材料主承力结构连接强度设计、分析提供了依据,为复合材料在中、重型直升机上的应用提供了参考。     

大型复合材料机身壁板多机器人协同装配调姿控形方法

针对飞机大型复合材料机身壁板尺寸大、曲率大、外形偏差不易控制等装配工艺特点,提出了一种基于多机器人协同的复合材料机身壁板装配调姿控形方法。实现了各机器人末端夹持单元预定位,并建立了多机器人柔性装配工装的全局运动学模型;通过多机器人主从协同运动实现复合材料机身壁板的调姿定位,分析了协同运动误差;构建了壁板形状控制点偏差与机器人运动量的变换关系,通过机器人的运动实现了复合材料机身壁板的形状控制。最后,对所提出的方法进行了应用实验验证,结果表明采用主从协同运动的调姿方法,调姿定位精度优于0.08 mm。形状调控后复合材料机身壁板形状精度可达0.6 mm,证明了该方法的可行性和有效性。     

大型飞机机身整体壁板纵向裂纹止裂分析

针对大型飞机机身整体壁板纵向裂纹损伤容限试验件进行剩余强度计算与裂纹止裂分析，经有限元建模计算得到两跨内不同直裂纹长度下的应力强度因子及卜应力，应用线弹性断裂力学准则得出整体壁板剩余强度曲线，对裂纹扩展至两跨时的止裂特性进行分析。依据计算与分析结果，提出了供设计人员参考的壁板修改建议。最后应用线弹性二阶裂纹转折理论对裂纹能否在扩展至两跨长度前发生转折进行了分析。     

复合材料双曲机身蒙皮铺层角度偏差分析

民用飞机中后机身收缩段和后机身段由于收缩和修形,机身壁板为双曲,蒙皮与长桁之间可能发生10°以上的铺层角度偏差.以某型飞机的复合材料双曲机身壁板为例,从设计和制造两方面分析了产生角度偏差的原因.采用适当的工程算法,评估了偏差对蒙皮轴压屈曲、剪切屈曲和壁板轴压屈曲稳定性的影响.分析结果显示,在0～15°偏差范围内,蒙皮轴...     

复合材料开口曲板渐进失效分析

基于有限元方法,对受轴向压缩的复合材料开口曲板进行渐进失效分析。采用三维 Hashin 准则和 Ye准则作为纤维损伤、基体损伤、分层损伤判据,通过非线性刚度退化模型来模拟损伤演化过程,获得了开口附近损伤扩展过程。数值模拟结果与文献试验结果对比,取得了较好的一致性。     

机身加筋壁板环向裂纹损伤容限试验与分析

机身壁板是飞机结构中的主要承力构件,也是损伤的主要产生部位,研究机身加筋壁板的裂纹扩展规律和剩余强度特性具有重要意义。在轴向拉伸载荷作用下,对含环向裂纹的机身加筋壁板进行损伤容限试验;利用ANSYS有限元软件对试验件进行应力强度因子分析,估算裂纹扩展寿命;基于线弹性断裂力学准则和线弹性断裂力学加塑性修正准则,计算剩余强度特征曲线,并对比分析计算结果和试验结果。结果表明:计算得到的裂纹扩展寿命与试验结果的相对误差为6.3%,满足工程要求;线弹性断裂力学加塑性修正准则估算的剩余强度更为合理,误差仅为2.6%,且偏安全。     

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。     

激光焊接大型整体壁板设计与考核方法

先进战斗机对机体结构提出轻量化、长寿命、高精度等的迫切需求,牵引机体结构的构型向着大型整体化、精准化的创新方向发展.这些不同于传统结构的创新结构构型给结构设计、制造以及考核评价带来新的挑战.论述了基于激光焊接的大型整体壁板的技术优势、设计思路、计算分析,以及考核评价方法,和采用这种创新设计所取得的技术收益.为未来战机大...     

机身壁板有头铆钉自动钻铆干涉量研究

通过对飞机机身壁板典型结构的分析,开展有头铆钉自动钻铆干涉量工艺试验,按试验规划设计制作工艺试验件,参考实际生产流程进行制孔、铆接、分解、测量、计算等,得出干涉量数据.分析整理试验数据,从中找出针对机身壁板典型结构的干涉量形成规律.     

某型无人机机身主承力结构的设计与分析

针对某型无人机结构设计要求,对其机身主承力结构包括前后隔框,翼身连接接头进行了结构设计与建模;建立了全机结构的有限元模型,针对极限状态载荷,对机身主承力结构进行了有限元分析,得出了隔框与接头的应力情况,校核了该结构组件满足强度要求。     

复合材料蒙皮/长桁壁板结构优化设计

针对复合材料蒙皮、长桁组成的典型刀型加筋结构,提出了一个两级三层优化方法。第1级壁板结构的质量为目标函数,采用改进的可行方向法对壁板结构进行尺寸优化。第2级以壁板结构的屈曲临界载荷作为目标函数,采用多层复合形法对壁板结构进行加筋尺寸优化和遗传算法对复合材料蒙皮进行铺层顺序优化。最后通过算例验证了优化策略的合理性。     

复合材料加筋壁板长桁蒙皮剥离失效分析

为了研究复合材料加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和Cohesive单元建立了有限元模型。在该模型中,采用Hashin准则预测面内损伤,而对于蒙皮与长桁缘条之间脱胶损伤的起始与扩展,则采用Cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板蒙皮与长桁在纯弯载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,本文建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,并且能较好地预测该结构的剥离强度。     

复合材料层压厚板接头失效分析研究

随着复合材料在航空工程中的广泛应用,需要对复合材料结构的强度问题进行探究,而国内对复合材料层压厚板接头的失效模拟与分析方法研究较少。为此,以复合材料厚板接头为研究对象,基于三维渐进失效分析方法,选取合理的本构关系、失效准则、材料退化模式,并利用Fortran语言编写Umat子程序完成渐进失效方法的应用实现。通过对比复合材料层压厚板接头静强度试验和计算结果,表明本文所采用的三维渐进失效分析方法计算得到的应变-载荷数据与试验结果基本相符,即本文方法能够较好地模拟层压厚板接头的拉伸破坏过程,且可实现变参迭代计算,可为复合材料厚板接头结构的优化设计提供参考。     

复合材料中央翼上壁板结构设计

目前大部分文献关注于复合材料零件结构设计,但是复合材料零件在设计结构的同时也是材料设计,所以铺层的设计是复合材料零件关乎成败的细节设计。通过对某型民机复合材料中央翼上壁板的设计,详细阐述了复合材料零件的铺层优化设计过程,总结出了诸多有意义的实际工程应用经验。