民机吊挂保险销循环载荷下的疲劳寿命预测

<正>民用飞机的发动机吊挂应急断离技术是指飞机在应急着陆等极端情况下发动机吊挂与机翼有效断离的技术。其设计思想是将吊挂与机翼间的连接件设计成应急断离构件(保险销),通过调整吊挂各接头应急断离保险销的结构强度来控制吊挂应急断离的失效路径和断离姿态,使发动机和吊挂能够安全有效地与机翼分离,从而达到保护机翼油箱、避免燃油泄漏失火和降低乘员伤亡的目的。1992年10月4日,一架波音747-200货机在机场起飞后10 min,飞机右翼内侧发动机与吊挂、     

民用飞机起落架保险销设计与验证

民用飞机起落架作为飞机唯一的支撑结构,是不可或缺的飞机部件,其中主起落架通常安装在机翼上,而飞机油箱往往也是机翼结构的一部分,当主起落架系统在飞机起飞和着陆过程中因超载而损坏,其损坏模式可能会导致飞机油箱损坏,导致燃油系统溢出足够量的燃油构成起火危险,从而威胁乘客的生命财产安全,所以主起落架需要设计成应急断离结构,使得主起落架能够有序脱离机体,从而保护油箱安全。对民用飞机主起落架保险销的设计与验证进行了研究,包含保险销的结构设计,强度校核和试验验证。通过设计一种区别于起落架连接形式的试验台架并进行仿真分析得到试验台架的修正系数,来进行保险销的试验验证,然后根据试验结果对试验台架模型进行修正,最终确定保险销的结构尺寸。     

高速弹头打击下机翼油箱的动态响应分析

机翼油箱是飞机作战生存力研究中的关键部位,而水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。本文采用大型有限元软件MSC.Patran建立简化的机翼油箱与高速弹头模型,利用壳元模拟机翼油箱、拉格朗日单元模拟高速弹头、欧拉单元模拟航空燃油与空气,综合考虑弹头与油箱的接触、几何非线性变形、应变破坏准则、弹头与燃油以及油箱与燃油的流固耦合,运用MSC.Dytran进行计算,得到弹头击穿油箱过程中油箱壁板的动态响应。结果表明,空油箱与充油油箱壁板上弹孔附近的变形不同,流固耦合的作用显著提高了油箱的应力水平,增加了油箱被全面破坏的概率。     

民用飞机静定和超静定吊挂与机翼连接设计研究

随着科学技术的迅速发展,我国民机事业迎来了发展的黄金期。为研究常见大型民用翼吊飞机吊挂的特点,以某型民用飞机的动力装置和机翼布置为限制条件,研究两种构型对飞机吊挂和机翼的影响。通过研究发现,静定吊挂传力路径清晰且不因某一处破坏而发生传力路径改变;超静定吊挂传力为多路传力模式,在发生一处破损后,传力路径会发生变化,载荷重新分配。通过有限元计算界面内力发现,在吊挂与机翼界面,超静定吊挂内力水平相比静定吊挂界面内力较大,对机翼局部设计影响较大。通过对比两种构型连接方式的界面传力和内力分析,为我国大型民用翼吊飞机吊挂结构的设计和研发提供参考。     

从飞行事故看MD-90防冰系统的改进

飞机在中、低空某些气候条件下易结冰,尤其是着陆状态,它将对飞行安全造成极大威胁。1993年11月13日,中国北方航空公司的2141号MD-82客机在进行航班飞行时在乌鲁木齐机场坠毁,造成12名机上人员死亡。该机是在结冰气候条件下着陆时坠毁的。有分析表明,该机的防冰系统设计在防冰能力、防冰控制的多功能控制活门等问题上存在明显不足。在此基础上,MD-90飞机防冰系统作出了很大改进。飞机着陆状态的防冰飞机的发动机、机翼和尾翼结冰,将影响飞机性能并危及航空安全。机翼结冰将破坏飞机的气动外形,增加飞机阻力和重力,而尾翼结冰还将影响飞机的操纵性。对MD-80系列飞机来说,机翼结     

扭剪法测试土层剪切波速的技术

提出利用扭剪波测试土样剪切波速的新技术,并且从理论上证明对于圆柱形试件,当扭剪波的频率小于所测试件的第一阶扭转截止频率时,所测得的波速就是材料的真实剪切波速.根据以上原理,用扭剪振动模式的压电陶瓷复合材料开发出扭剪波传感器.用该传感器对有机玻璃棒剪切波速的测试结果表明,测试剪切波速与材料真实剪切波速的误差仅为1.2%,从而证明了该方法及测试装置的可靠性.     

飞机机翼结构质量分配方法研究

提出了一种机翼结构质量分配方法 ,能根据飞机总体设计参数 ,把机翼结构质量分配到承弯结构、承剪结构、分布气动载荷所需结构、起落架安装影响结构、外挂物安装影响结构、油箱安装影响结构、前缘结构、后缘结构、襟翼结构、副翼结构、机翼机身接头及其他杂项元件结构 ,共分为 12个功能结构部分。首先建立了飞机总体设计阶段机翼结构质量分配的分析模型 ;然后根据现有飞机机翼的质量和飞机总体几何参数 ,用参数优化方法确定了该分析模型中的结构修正系数 ;从而得到一个机翼结构质量分配模型。用 8架飞机的机翼所完成的算例证明了该方法的有效性和合理性。     

飞机燃油温度仿真及应用

为研究飞行过程中燃油温度变化规律,采用热网络法建立油箱热模型,并在Matlab/Simulink软件平台上输入与飞行试验相对应的边界条件以验证模型可信度,在此基础上,分析了整个航程中各油箱隔舱燃油温度的变化规律。结果表明:该计算方法和仿真模型具有较高的可信度,试验值与计算值两者误差超过1.67 K的时间段中,模拟温度比试验温度高;多数航段内机身油箱燃油温度处于高位,为适航符合性审定重点关注对象,代表着整个燃油箱系统的可燃性暴露时间水平, 以巡航结束阶段为例,标准天长航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出25 K,标准天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出7 K,热天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出12 K;机翼油箱燃油温度在飞机下降阶段回升幅度较大,其可燃性暴露时间主要集中在航程结束阶段。     

复合材料波纹板剪切载荷作用下的屈曲试验与分析

复合材料波纹板稳定性是飞机机翼结构设计需要考虑的重要方面,是目前飞机结构设计中的一大难点.为了建立波纹板屈曲的数值分析方法,对复合材料波纹板在剪切载荷作用下的屈曲进行试验、工程算法和有限元方法研究.通过试验,探索了3种不同波长的复合材料波纹板的屈曲载荷和破坏载荷;采用工程算法和有限元方法计算了8种不同波长的复合材料波纹...     

民用飞机飞控系统副翼下垂浅析

在飞机起飞或着陆飞行阶段,当缝翼伸出襟翼放下时,副翼也随之对称地下偏一定偏度,这就增加了机翼的弯度,提高了机翼升力。从而减少了飞机起飞／着陆的速度和场长,改善了起飞和着陆性能。通过介绍X飞机与Y飞机的副翼下垂功能的历史发展、功能原理与功能实现,较详细地分析了副翼下垂功能的实现方式。     

舰载机壁板剪切后屈曲承载能力预测与试验验证

舰载机着舰撞击对机翼盒段产生巨大的扭矩,蒙皮以剪切形式承受扭矩,这是机翼壁板的重要设计工况。为准确预测加筋壁板剪切后屈曲承载能力,采用MSC.NASTRAN软件MRIKS弧长法,将线性屈曲分析的一致模态缺陷位移作为扰动引入后屈曲分析。考虑材料和几何双重非线性,对整体加筋壁板剪切试验件的后屈曲破坏过程进行模拟、对承载能力进行预测。根据剪切试验结果,进行对比分析。结果表明：有限元模拟的加筋板初始屈曲发生在蒙皮上,长桁足够大的相对刚度使得长桁与蒙皮连接线上出现屈曲节点,随着载荷增大,加筋壁板整体"坍塌",与试验现象一致。有限元分析（FEA）得到的初始屈曲载荷与试验结果的误差为1.25%,预测的极限承载载荷与试验破坏载荷的误差为2.4%。表明引入缺陷后的MSC.NASTRAN弧长法非线性后屈曲计算能够准确预测加筋壁板剪切后屈曲承载能力,为加筋壁板剪切试验和强度设计提供了分析方法。     

薄壁钛管剪应力本构参数识别方法

不同温度下的薄壁钛管剪应力本构参数识别,是研究薄壁钛管差温剪切弯曲过程管材塑性变形行为迫切需要解决的关键问题。提出了一种管材剪切测试的方法。将不同温度下薄壁钛管等温剪切测试、剪切测试过程模拟有限元模型、以及基于距离函数的响应面模型相结合,提出了薄壁钛管不同温度下剪应力本构参数逆向识别方法。采用该方法,识别了TA2薄壁钛管剪应力本构参数。同时建立了TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程模拟3维弹塑性热力耦合有限元模型。分别采用剪应力本构参数和单拉应力本构参数模拟弯管实验过程,评估了有限元模型的可靠性。结果表明：对于剪应力本构参数,温度越高,管材的K值和n值将减小,m值呈现波动的趋势。与单拉应力本构参数相比,剪应力本构参数对温度的变化更敏感,且剪应力本构参数值较小。与单拉应力本构参数相比,使用剪应力本构参数的有限元模型精度较高,模拟精度最大提高了60%。     

基于CDM的开口复合材料层合板结构损伤问题研究

为研究含开口复合材料层合板结构在面内载荷作用下的损伤破坏问题,基于CDM基本原理,从平面应力状态下的Gibbs自由能出发,建立描述复合材料层合板结构层内断裂破坏的二维渐进损伤关系;基于ABAQUS材料用户子程序,将上述渐进损伤关系与二维Hashin失效准则相结合,开发复合材料损伤本构模型,并对含开口复合材料层合板结构在拉伸载荷作用下的破坏过程进行数值模拟;通过与文献试验数据的对比,证明该模型在平面拉伸载荷状态下可以有效预测含开口层合板结构的损伤起始与扩展过程,对层合板强度的预测误差较小。应用上述模型对三种不同开口类型层合板结构在剪切载荷作用的下损伤、破坏分析,结果表明：对于相同面积的开口,不同的开口类型会导致层合板抗剪强度产生较大的差异;而在铺层相同情况下,椭圆形开口层合板的剪切强度相对较高。     

M2飞机的复合材料机翼静强度载荷及试验研究

M2轻型运动飞机机翼结构采用复合材料,通过静力试验对其机翼强度进行验证,对发现机翼结构设计薄弱环节以及结构改型和发展具有重要意义。首先分析ASTMF2245-16机翼强度适航条款的要求;然后通过对M2飞机载荷包线、环境影响系数、限制载荷和极限载荷的研究,计算得到复合材料机翼载荷;最后进行机翼限制载荷静力试验、机翼极限载荷静力试验和机翼破坏载荷静力试验,并对试验结果进行分析。结果表明:M2飞机的极限载荷满足试验要求,复合材料机翼试验破坏载荷相对设计极限载荷的偏差为2%,M2飞机的复合材料机翼结构设计满足静强度设计要求。     

一种强剪切空气雾化喷嘴的流场和喷雾

采用数值和实验方法对一种强剪切空气雾化喷嘴的流场和喷雾特性进行研究.采用粒子动态分析仪(PDA)实验研究了不同气液比下强剪切空气雾化喷嘴的速度场和喷雾场,并对该喷嘴的流场进行了数值计算,所得的计算结果与实验数据比较吻合.研究结果表明:强剪切空气雾化喷嘴的设计合理,两股旋流空气在喷嘴内部完成强烈的动量交换,并对燃油进行了强剪切.强剪切空气雾化喷嘴在宽调节比范围内能够完成良好的雾化,当气液比变化10倍,液雾的索太尔平均直径分布均处于20~60μm之间.随着气液比的增大,线平均索太尔平均直径逐渐减小,推导了适用于该喷嘴的索太尔平均直径计算模型,可为强剪切空气雾化喷嘴设计提供参考.      

基于漏斗试样的C250钢高温扭转低周疲劳行为

C250钢的扭转疲劳破坏是其主要失效形式之一。为了获得航空材料C250钢的扭转疲劳特性,并消除等直圆棒试样在扭转试验中产生的弊端,依据漏斗试样完成了C250钢在3种高温(150、200、350℃)环境下的扭转低周疲劳试验,获得了在扭转低周疲劳下的扭矩-名义扭转角曲线。基于试验结果,利用FAT方法分析得到了C250钢在3种高温环境下的材料循环本构关系,利用该循环本构关系对漏斗试样进行三维扭转有限元分析,获得漏斗根部剪切应力与扭矩之间的转换公式及漏斗根部剪切应变与名义扭转角之间的转换公式。基于以上试验与分析方法,得到了材料的剪切应变幅-倍循环次数曲线、剪切应力幅-循环分数曲线以及剪切应力-剪切应变的稳定滞回线,发现材料呈现出循环软化特性,并基于Manson-Coffin模型对材料寿命进行了分析。     

改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型

为了表征改性双基推进剂的力学行为,推导出改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型。利用一系列蠕变-回复试验,将材料的总应变分离为黏弹性应变和黏塑性应变,使用最小二乘法获得了黏弹性参数,使用Nelder-Mead单纯形优化算法,结合后向Euler数值方法获得了黏塑性参数。通过不同应力水平和不同加载时间的蠕变-回复试验对模型进行了验证,结果表明,在应力水平较低或加载时间较短的情况下,模型预测与试验值变化趋势基本一致,模型获得的黏弹性应变与黏塑性应变在总应变中所占的比例与试验吻合。改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型能够在一定范围内描述材料的力学性能。     

Interaction formulae for buckling and failure of orthotropic plates under combined axial compression/tension and shear

An interaction function was constructed based on the axial compression/tension and shear loads of orthotropic plates. The coefficients of the polynomial function were determined by uniaxial test results. Buckling interaction and failure interaction formulae under combined axial tension/compression and shear loads were established. Based on the uniaxial load test results of orthotropic plates, the buckling load and bearing capacity under any proportion of the combined loads could be predicted by ...     

高应变率条件下38CrMoAl钢的动态力学行为及失效模型

38CrMoAl钢是飞机某频繁经受冲击载荷结构的主要材料，为了获得该钢在冲击载荷下的力学行为和失效参数，本文对38CrMoAl钢开展了准静态试验、应变率从650 s^-1至5 500 s^-1的动态力学试验以及应力三轴度试验，对材料的金相组织和断口形貌进行了微观观察分析，最后基于试验结果确定了材料的修正强度模型和失效模型参数。试验结果表明，38CrMoAl钢具有较强的应变率敏感性，材料屈服强度随着应变率的增加具有正应变率强化效应，应变率在10^-3~5 500 s^-1的范围变化时，屈服应力从450 MPa上升到了1 085 MPa，应变率为5 500 s^-1时材料的屈服应力达到了准静态条件下的2.41倍。对材料组织的微观观察分析发现材料主要由呈现颗粒状的回火索氏体组成，材料在高应变速率加载下其塑性发生了下降，断口由韧窝型塑性断口向局部解理断面发生转变，韧窝尺寸也随着应变率的升高而变小。对Johnson-Cook（J-C）强度模型中的应变率强化项进行了修正，使修正后的本构模型可以更有效地描述38CrMoAl钢的动态力学行为，最后结合数值模拟方法确定了材料的J-C失效准则参数。     

Constitutive modelling of composite laminates under uniaxial compression

A nonlinear constitutive model for a single lamina is proposed for the failure analysis of composite laminates. In the material model, both fiber and matrix are assumed to behave elasticplastically and the in-plane shear is assumed to behave nonlinearly with a variable shear parameter.The damage onset for individual lamina is detected by a mixed failure criterion, composed of the Tsai-Wu criterion and the maximum stress criterion. After damage takes place within the lamina,the fiber and in-plane shear are assumed to exhibit brittle behavior, and the matrix is assumed to exhibit degrading behavior. The proposed nonlinear material model is tested against experimental data of composite laminates subjected to uniaxial compressive loads, and good agreement is obtained.