飞机结构疲劳裂纹及其预防

飞机构件产生疲劳裂纹有两个原因。一是金属结构本身存在着微小的缺陷，这些缺陷在应力集中区特别容易发展成微观裂纹。应力集中区是指零部件上的尖角、小孔、粗糙表面、表面划伤处，以及缺口、凹痕、横截面突变处等等。在交变载荷作用下，金属基体的晶格首先发生骨移错位。如果金属本身有缺陷，其晶格歪扭、有夹杂，就更容易滑移错位，即产生塑性应变。随着交变载荷继续作用，裂纹在这些弱点上成核，开始出现肉眼看不到的细微裂纹，尔后继续扩展为可见裂纹，直至断裂。二是由于制造、维修、检查中被工具划伤而造成裂纹，在多次飞行中就会逐…     

聚能爆破切割清理弹射通道技术

 考虑到飞机隐身等因素,飞机驾驶舱顶部为金属结构而不是传统的座舱盖结构,在弹射救生过程中,采用聚能爆破切割技术,切割金属结构形成"座舱盖"并抛放以清理弹射通道,且已在B-1B、B2飞机上采用。利用座舱顶部金属结构平板件,对聚能切割器装药量、切割厚度,切割过程冲击噪声对飞行员的影响、爆破飞溅物对飞行员的损伤防护等进行了分析和试验研究,并将冲击噪声对飞行员的影响与国军标的要求进行了对比。通过本次研究,将为以后的工程应用提供基础性依据。     

基于缺陷概率特点的粉末冶金材料寿命预测概率模型

粉末冶金材料由于其制造工艺的特点,强度和寿命对微缺陷（夹杂、气孔、表面划伤）十分敏感,导致了粉末冶金材料的破坏具有较大的分散性,使得寿命预测更为困难。本文根据国内粉末材料中缺陷的分布特点,基于文献[79]中概率断裂分析的思路,对原有方法进行了修正和推广,重新给出了缺陷在表面、亚表面以及内部时的定义及缺陷在这些不同位置时出现概率断裂的确定方法,建立了一个可考虑缺陷形状、大小、位置等分布特征的粉末冶金材料寿命预测概率模型,并基于此计算了不同尺寸缺陷位于不同位置时材料的失效概率及总失效概率。分析表明:所给出的方法可以很好的表征国内工艺条件下粉末冶金材料缺陷的概率特征对强度寿命的影响,方法是有效的。      

碳纤维复合材料层板冲击损伤的空气耦合兰姆波成像检测

非接触式超声兰姆波方法能够对大面积复合材料板材进行快速检测,在自动成像检测上有着突出的优势。针对碳纤维/树脂基复合材料(CFRP)层压板采用空气耦合超声探头激励出A0模态兰姆波。在含冲击损伤的层板试样的同一侧激发和接收兰姆波进行扫描检测,针对冲击损伤区域以互相正交的两个方向进行兰姆波扫查,获得了不同位置的检测信号。对比在有无缺陷处板材中兰姆波传播信号的特征,对采集信号进行频域分析,以无缺陷处信号值为基准,利用信号差异系数(SDC)作为特征值,将扫查信号数据采用特征值全加和全乘的数据融合方法进行了缺陷形貌重构成像。成像结果能够良好的体现出冲击损伤的位置和两个方向的尺寸大小。     

直升机蜂窝夹层结构缺陷验收准则验证技术研究

蜂窝夹层作为一种特殊的复合材料结构,具有比强度、比刚度较高,性能易设计且便于大尺寸整体成型等诸多优点,广泛应用在航空器的结构设计中。但蜂窝夹层结构在制造、使用和维护过程中易出现脱／漏粘、冲击、磕碰等内在缺陷或外来损伤,可能导致结构强度的降低,从而危及结构安全。基于强度理论制定了一种直升机蜂窝夹层结构的静强度、疲劳强度和剩余强度综合验证思路与方法。针对典型结构的构型、缺陷类型和工程可检缺陷参数尺寸,设计了模拟真实蜂窝夹层结构的验证样件和缺陷预制技术,通过强度性能的试验和研究,获得了带有脱／漏粘缺陷、冲击／磕碰损伤等缺陷的结构强度缺陷容限值,为其缺陷验收准则的制定提供了技术依据。     

飞机机轮轮毂与刹车装置干涉分析

某型飞机机轮轮毂内壁有多处划伤或打伤,这些故障造成轮毂应力集中和强度下降,严重危及飞机起降安全。本文通过对实物的检查和对刹车装置配合关系的分析,提出了刹车片设计上的缺陷是造成轮毂内壁打伤的主要原因,并提出了改进方案。     

波音飞机金属结构连接中填片的使用研究

在维护波音飞机过程中,在金属结构连接缝隙处经常需要使用填片,不同材质、尺寸、厚度的填片在金属结构连接中起到不同的作用。本文介绍了填片的使用要求和使用规则,并就填片的使用设计做了说明。     

无损检测模糊理论及其应用

断裂力学在工程中的应用,首先必须准确知道结构材料中的缺陷尺寸,但是由于无损检测的模糊不确定性导致检测出的缺陷尺寸(检测尺寸)与缺陷真实尺寸之间存在较大误差。本文对此进行了研究,建立了无损检测模糊理论,提出了缺陷尺寸与其检测尺寸之间的数学关系式,得到了在指定检测尺寸下的缺陷真实尺寸分布规律,给出了缺陷尺寸模糊分布、模糊区间估计和超标缺陷的隶属度,从而成功地解决了无损检测对材料缺陷进行有效的定量分析这一难题。基于该无损检测模糊理论,还将形成更加切合工程实际的模糊寿命预测、模糊断裂准则、模糊损伤容限设计、压力容器的模糊评定等一系列新的理论和方法。      

航空管路进口薄壁管材无损检测与评价

通过对国外5个厂商的3种材料20个规格39个批次的金属薄壁管材进行超声无损检测,发现进口管材上具有不同程度的表面缺陷和内部缺陷,典型缺陷有凹坑、划伤、折叠、外壁裂纹和内部裂纹等。其中有些内部缺陷较细微,需要灵敏可靠探伤技术装备和严格执行检测规程才能发现。与国内生产的管材无损检测结果对比表明,进口管材质量不尽人意,须经100%探伤复验才能应用于飞行器制造。而国产管材在有效执行无损检测规程的前提下,质量也可以得到可靠保证。     

金属增材制件射线检测缺陷检出概率分析

针对增材制造射线检测缺乏缺陷检出概率数据易导致裂纹、孔隙缺陷漏检问题,以GH3625高温合金增材制件的线型缺陷和孔型缺陷为研究对象,使用CIVA2020仿真平台模拟X射线检测并得到缺陷检出概率（POD）曲线,研究两种缺陷不同尺寸变化对缺陷检出概率的影响,确定不同影响因素下缺陷检出尺寸及检出概率,并利用Sgompertz函数拟合得到线型缺陷受深度影响的POD曲线方程以及孔型缺陷受半径影响的POD曲线方程,建立了增材制造线型缺陷和孔型缺陷的缺陷检出概率模型。结果表明：在95%的置信水平下以90%概率可检出的线型缺陷长度尺寸为0.211 mm、宽度尺寸为0.213 mm、深度尺寸为0.178 mm,孔型缺陷可检出的直径尺寸为0.188 mm,高度尺寸为0.190 mm。通过实际试样微焦点射线成像检测以及胶片射线照相检测对仿真结果进行对比验证。表明建立的缺陷检出概率模型较为准确,可为增材制造中裂纹与孔隙缺陷检测可靠性分析提供依据。     

增压机身蒙皮划伤的数值模拟

在研究蒙皮划伤的性质和受力特点基础上,采用 COSMOS软件计算了划伤蒙皮的最大应力,基于疲劳寿命估算方法得到了循环载荷下构件的疲劳寿命,分析了不同划伤深度和划伤形式对机身增压蒙皮结构应力集中和疲劳寿命的影响。     

复合材料飞机结构强度新规范要点评述

基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范,阐述了中国复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。其要点为:以承认性能表征多样性和材料与结构同时形成为基础的材料和工艺要求;以承认初始缺陷/损伤对结构静强度有影响为基础的设计许用值确定方法;以需要特别考虑湿热环境影响为特点的静强度设计和验证;以承认静力覆盖疲劳和考虑冲击损伤阻抗为特点的耐久性设计和验证;以冲击损伤及损伤无扩展为基础的损伤容限设计和验证;以全尺寸部件和由试样、元件(包括典型结构件)、组合件组成的多层次积木式设计验证方法相结合为基础的结构验证试验。     

初始缺陷尺寸分布的尺寸效应研究

疲劳结构可能的开裂区域面积不同引起结构可能萌生裂纹的初始缺陷尺寸分布各异是造成"疲劳尺寸效应" 的一个可能解释。研究了试样测试部分尺寸大小与萌生裂纹的初始缺陷尺寸分布的关系,并建立了分析模型。模型利用已知的小尺寸试样的初始缺陷尺寸分布和大小试样的开裂面积比,推导出了相同条件下未知大尺寸试样的初始缺陷尺寸分布。这为结构完整性研究以及基于小裂纹扩展理论大尺寸试样的耐久性分析和疲劳全寿命预测打下基础,并为进一步研究"疲劳尺寸效应"创造了条件。     

碗壳拉伸工艺分析及模具优化设计

针对陀螺碗壳零件口部尺寸难控制，零件拉伸过程中表面易划伤的工艺难点，提出了合理的工艺流程，通过优化模具设计、改进模具凹模圆角、模具凹凸模液态氮化处理，加工的零件尺寸好、表面质量好，模具寿命大大提高。     

座舱玻璃划伤容限研究

建立了座舱玻璃MDYB 3划伤模型,通过大量试验得出了MDYB 3玻璃表面裂纹断裂韧度和表面划伤扩展门槛值,建立了座舱玻璃划伤剩余强度准则和划伤容限计算方法,基于试验和分析结果,给出了9mm厚MDYB 3玻璃划伤容限值,为外场划伤分析处理提供了简便易行的方法。     

基于相控阵超声的铝合金熔焊缝缺陷深度定位技术研究

传统的射线照相检测技术仍是铝合金熔焊缝缺陷的主要检测方式,由于传统射线照相检测无法测量缺陷在焊缝高度方向上的尺寸和位置,在缺陷的定位和排除方面存在不足,从而加大缺陷排除的工作量,甚至由于缺陷排除方向错误造成焊缝挖穿,影响补焊质量.相控阵超声检测技术通过接收缺陷回波来实现缺陷检测,可以反映缺陷的尺寸和位置信息.本文采用Omni Scan MX相控阵超声检测仪和5L64-A2相控阵探头针对对比试块、铝合金熔焊缝缺陷进行了定位技术研究,并与缺陷微观测量、宏观测量的结果进行对比,结果表明基于相控阵超声检测的铝合金熔焊缝缺陷深度定位检测结果与微观检测结果基本一致,可以采用相控阵超声检测技术进行铝合金熔焊缝缺陷深度定位.     

座舱玻璃划伤故障容限研究

确定了座舱玻璃划伤故障模型，得出了MDYB-3玻璃表面裂纹断裂韧度和表面划伤扩展门坎值，建立了座舱玻璃划伤故障剩余强度准则和划伤故障容限计算方法，并给出了9mm厚MDYB-3玻璃划伤故障容限值。为外场划伤故障分析处理提供了简便易行的方法。     

含缺陷钢管强度有限元分析

采用大型通用分析软件MSC／NASTRAN，对含有不同缺陷尺寸的钢管，进行三维非线性有限元强度分析。并给出了缺陷的深度、轴向尺寸、环向尺寸对钢管强度影响的计算分析结果。     

不同冲击角度外物损伤对TC4钛合金高循环疲劳强度的影响

基于空气炮冲击试验装置在不同冲击角度下进行了TC4钛合金平板试件的外物损伤模拟试验,采用逐级加载试验方法测试获得了光滑和冲击损伤试件的高循环疲劳(high cycle fatigue,HCF)强度,研究了冲击角度、冲击位置以及冲击损伤宏观几何尺寸与HCF强度的关系.结果表明:不同冲击角度下的损伤对HCF强度的影响程度不同.冲击损伤在试件边缘时,30°冲击使试件HCF强度的下降幅度最大;冲击损伤在试件表面时,60°冲击使试件HCF强度的下降幅度最大.试件边缘产生的缺口使HCF强度的下降幅度一般大于试件表面产生弹坑的影响.但在60°冲击时,冲击缺口损伤的影响要小于冲击弹坑损伤的影响.冲击损伤宏观几何尺寸一定程度上可以表征损伤试件HCF强度下降的严重程度.      

高温合金大型薄壁精密铸件热控凝固过程热分析研究

航空发动机中的高温合金大型薄壁精密铸件在普通铸造时容易产生严重的疏松缺陷和晶粒尺寸不均匀的问题.本文采用热控凝固工艺(TCS)在K4169合金试板上对影响晶粒尺寸的因素进行了试验,并编制程序对采集到的温度数据进行热分析研究,得到了在试验用设备上实现均匀晶粒尺寸试板所对应的热参数G/R曲线及范围.