飞机薄壁结构面外载荷下三维疲劳裂纹扩展仿真分析

飞机结构中部分薄壁结构在服役中不可避免地承受面外弯曲载荷,这对飞机的安全性有显著影响。采用FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法,对薄板受弯曲载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为开展研究,分析边界约束强度和初始裂纹形状对此类疲劳裂纹扩展模拟的影响,并评估仿真方法的适用性。结果表明：模拟中施加较弱的边界约束,会使计算的应力强度因子增大;相比于初始非孔边的表面裂纹,初始孔边角裂纹在裂纹扩展初期扩展速率更高;现有的FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法在模拟面外弯曲载荷下薄板孔边裂纹扩展时,存在受压面裂纹无法扩展的问题。     

张力场在N5A飞机结构强度设计中的应用

以薄板剪切失稳后张力场的理论计算公式和大量的试验数据为基础，从工程实际结构出发，建立了工程上实用的、半经验的薄板失稳后的张力场计算数学模型。利用FORTRAN语言编制了张力场计算程序，并运用该程序计算了N5A飞机机翼蒙皮和梁腹板先稳后的张力场。     

非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

弯曲载荷下薄壁结构疲劳裂纹扩展性能

对某飞机座舱盖侧型材与锁环连接部位的疲劳裂纹扩展性能进行了研究。该结构区别于常见薄壁结构的特征是承受较大的弯曲载荷,使得利用薄板I型裂纹扩展的常用方法进行寿命分析会产生较大的误差。为了研究弯曲载荷下薄壁结构的疲劳裂纹扩展性能,开展了带孔板和侧型材结构模拟件的疲劳裂纹扩展试验。通过有限元仿真分析,研究了弯曲载荷对裂尖应力强度因子的影响,提出了一种当量应力强度因子变程公式;对本文所涉及的2种类型受弯曲载荷作用的试件,裂纹扩展寿命预测结果与试验吻合较好。研究表明,在相同的名义应力和裂纹长度下,薄板受弯时裂纹应力强度因子、裂纹扩展速率远低于受拉的情况;结构受到弯曲载荷时,锁环对连接部位的应力有显著的抑制作用,可以减缓疲劳裂纹的扩展;此外,合理的结构设计能够增加关键部位受弯时的疲劳裂纹扩展寿命。     

航空薄壁结构在噪声载荷作用下振动响应研究

研究薄壁结构在声载荷激励下的随机振动响应问题是进行结构声疲劳估算和设计的基础。从此问题出发,综述了国内外在结构声疲劳方面的研究情况,并对有关模态分析法、数值积分法、统计能量分析(SEA)法及有限元素法等研究方法进行了总结和评价,得到了各方法在计算薄壁结构受声激励时振动响应的各自应用范围。同时也指出了薄壁结构在声载荷作用下振动响应研究所面临的困难。     

纤维金属层板及其在飞机结构中的应用

纤维金属层板的发展 1 Arall层板 1981年2月9日,荷兰代夫特工业大学申请了纤维金属层板的美国专利.当时,纤维金属层板采用芳纶纤维,商品名为Arall(Aramid Reinforced Aluminum Laminates),1982～1983年由ALCOA公司商品化.Arall层板既有复合材料高强低密的特点,又有铝合金韧性和抗疲劳性能好的优点.最初,纤维金属层板有Arall 1和Arall 2两种,Arall 1采用7075铝板,Arall 2采用2024铝板.1987年又有2种Arall层板(Arall3和Arall 4)问世,除采用7475铝板外,Arall 3和Arall 1没有其他差别,Arall 4主要是军用,具有较好的高温性能.     

振动时效在铝合金薄壁件加工过程中的应用

介绍了振动时效法消除残余应力的机理,通过进行振动前后残余应力测试,验证了振动时效在铝合金薄壁件加工中的有效性,通过进行振动时效在薄壁件加工过程中的工艺,运用试验,得出振动时效在薄壁件加工中的应用方案.     

阶梯对称铣削工艺在薄壁件精密加工中的应用

提出了薄壁件精密加工的阶梯对称加工工艺,分析了该工艺的优点及原理,并进行了切削试验,验证了该工艺的有效性。     

自适应结构技术在飞机设计中的应用

简述了自适应结构技术的基本概念,国外研究现状和发展趋势;提出了我国开展研究工作的建议。     

热声联合作用下金属薄壁结构动态响应分析

未来飞行器在服役过程中会遇到气动热、力、振动、噪声等多种载荷联合作用的严酷环境,其结构设计、分析与试验验证面临巨大的技术挑战.针对受热结构在随机噪声载荷作用下的动态响应问题,采用基于顺序耦合策略的谱分析法分析热声耦合动态响应.通过对典型结构的仿真分析,给出了响应均方根应变和功率谱密度响应等计算结果,并与试验结果从数值和形态上进行了比较.结果表明,结构受热后各阶局部模态频率降低明显,功率谱密度响应曲线峰值对应的频率发生明显的前移,随机噪声载荷引起的响应均方根应变很小,并且仅能激起结构的局部模态,分析与试验结果在趋势与数值上均吻合较好,具有较好的工程实用性.     

热声载荷作用下薄壁结构的非线性响应特性

 高速飞行器面临着严酷的高温强噪声环境。温度载荷不仅使结构产生热应力,还会改变材料的物性参数,这使得薄壁结构在宽频噪声激励下具有复杂的运动形式,表现出强非线性特性,严重影响了结构的疲劳寿命。针对热声载荷对结构非线性特性的影响,建立了热声载荷下的非线性大挠度偏微分控制方程,对偏微分方程使用Galerkin法得到了模态坐标下的常微分方程组。计算了四边简支矩形钛合金板在不同温度和声压级(SPL)组合下的动态响应,得到了典型的热声响应运动形式,包括屈曲前的线性随机振动、屈曲后的跳变运动和围绕一个平衡位置的随机振动。通过分析方程中的恢复力项和响应的功率谱密度(PSD)随着温度和SPL的变化规律,对热声响应的非线性特性进行了研究。研究结果表明,热载荷和声载荷对响应非线性特性的影响方式不同:热载荷改变结构刚度特性曲线的形状,以临界屈曲状态的刚度为参照,屈曲前降低结构刚度,屈曲后增加结构刚度;噪声载荷使得结构工作在刚度曲线的不同区域,以不受载荷时的结构刚度为对照,强噪声载荷引起的持续跳变使得结构工作在硬化区域,间歇跳变时结构工作在软化区域。     

CFD技术在运-12F飞机设计中的应用

该文简要介绍了CFD技术的四个关键环节,即:数值建模、网格划分、计算求解和结果分析,举例说明了CFD技术在运-12F飞机方案设计阶段所发挥的重要作用,最后总结出应用CFD技术的前提条件和该项技术与风洞试验技术的相互依赖关系。     

薄壁结构干摩擦阻尼减振设计分析

加装干摩擦阻尼结构是航空发动机薄壁结构有效的减振手段。为提供工程可用高效的减振设计工具,建立了一种薄壁 结构干摩擦阻尼减振设计的分析方法及流程。给定薄壁结构的振动应力,针对不同的减振结构采用恰当的干摩擦接触模型,基于 能量耗散,计算干摩擦减振结构接触面所能提供的等效阻尼比,获得在所关注模态下减振结构所能提供的等效阻尼比随主结构考 核点振动应力变化的阻尼特性曲线。减振设计阶段目标为共振发生时,在结构许用振动应力下,减振结构能提供最优的阻尼比。 对4种常用的干摩擦阻尼结构进行了减振设计分析,结果表明：平板式缘板阻尼器优化质量为1.2 g、涡轮叶片锯齿冠优化预扭角 为0.5°（取许用振动应力50 MPa）时可得最佳阻尼效果;矩形截面阻尼环径向厚度和裂式阻尼套筒轴向长度在设计范围内取值越 大,阻尼效果越好。     

高性能热塑性复合材料在大型客机结构件上的应用

先进复合材料已经成为大型客机的首选结构材料,其用量占机体重量的百分比更是成为衡量民机先进性的一项重要指标[1-2].目前,波音公司最先进的飞机波音787上复合材料用量占结构总重量的50％;而空客公司A350飞机上的复合材料用量也由原先的37％增加到现在的53％.尽管两大飞机制造公司对复合材料在飞机结构减重方面取得的效果表示满意,但仍对选择金属还是复合材料存在强烈抗争,对复材在飞机上用量的进一步扩大持谨慎的态度,原因是目前飞机结构上广泛使用的复合材料主要是热固性树脂基复合材料,其材料制造成本较高,且制造过程使用的预浸料/热压罐技术也非常昂贵.     

信息融合图像识别算法及其在三维飞机图像识别中的应用研究

将D S证据推理与不变矩理论相结合,提出了信息融合图像识别算法,并应用于三维飞机图像的识别。构造了基本置信指派函数,建立了分类规则,针对Dempster组合规则只适用于高置信度、低冲突性的情况,应用可解决证据冲突的加权分配冲突法及吸收法,完成了三维飞机图像识别的仿真,比较了3种组合规则的识别效果,结果表明吸收法识别率最高。     

热声载荷下薄壁开孔结构振动响应与寿命预估

金属薄壁开孔结构在强热声载荷下,表现出大挠度强非线性响应特性,疲劳寿命缩短。基于时域的基础上,利用有限元法(FEM)结合降阶模态法(ROM)获取4边固支开孔薄板在不同热、声载荷组合下的位移和应力的动态响应,并进行响应时间历程和功率谱(PSD)的统计分析。采用雨流计数法和Morrow平均应力模型,结合Miner线性累积损伤理论对结构进行疲劳寿命的预估和分析。结果表明:屈曲后的位移响应由热声载荷的相对强弱决定。此外,屈曲前结构随热、声载荷的增加,寿命缩短。屈曲后,持续跳变使得结构的寿命缩至最短;进入间歇跳变区域,间歇时间短的跳变要比间歇时间长的跳变造成的结构损伤大,即快频跳变引起的损伤更大。跳变结束后,随着温度的升高,寿命先延长后缩短。     

智能结构的发展和应用

综述了国外智能结构的发展和应用,简要介绍了几种用于智能结构的致动器,预测了国外这一技术未来在航空航天领域中的应用,以及这一技术的发展趋势。     

蓝牙技术在某型飞机机载火控故障诊断系统中的应用研究

蓝牙是一种短距离无线通信技术,具有低成本、低功耗、灵活、快速、抗干扰能力强等特点,目的是取代终端的连接电缆.为提高部队的作战效能,采用蓝牙技术和计算机测量与控制技术,研制了机载火控故障诊断系统;该系统在实际应用中取得了良好效果,并具有诊断结果准确,自动化程度高,工作稳定可靠,操作简便,易于转移和维护等优点,为技术人员进行机载火控系统的性能检测与故障诊断提供了便利.     

基于Ti/TiN薄膜传感器的飞机金属结构裂纹监测

针对飞机金属结构在服役过程中的裂纹实时监测需求,提出一种Ti/TiN导电薄膜与电位监测原理相结合的结构裂纹监测研究方案。首先,通过真空离子镀膜技术在结构易于出现裂纹的部位制备了Ti/TiN薄膜传感器。然后,进行了传感器膜层与2A12-T4铝合金基体的损伤一致性验证。结果表明,传感器与基体具有良好的损伤一致性。最后,进行了两组基于Ti/TiN薄膜传感器的裂纹监测试验,主要研究结构裂纹与传感器电位之间的相互关系,并对两组电位监测结果进行对比。结果表明,通过分析Ti/TiN薄膜传感器电位的变化可以实现对2A12-T4铝合金结构裂纹萌生和扩展进行实时监测,两组试验的电位监测结果具有良好的重复性。