复合材料层压结构的损伤容限设计

简要介绍了飞机机体中复合材料层压结构损伤容限设计的特点及其设计要点。     

复合材料损伤阻抗和损伤容限的性能表征

复合材料结构的设计要求和使用经验提出了复合材料体系损伤阻抗和损伤容限性能表征的需求。在试验研究的基础上，指出长期以来一直使用的CAI(冲击后压缩强度)的物理意义比较含混，不能正确指导材料研究和设计选材，同时提出应分别用典型层压板静压痕力—凹坑深度曲线的最大压痕力Fmax来表征损伤阻抗能性能，用凹坑深度～压缩破坏应变曲线门槛值CAIT(Compression failure strain After Impact Threshold)来表征损伤容限性能，同时给出了测试方法的建议。     

改善复合材料结构损伤容限的设计方法

介绍了国外改善复合材料结构损伤容限的设计方法,提出了在设计中应注意的问题。     

复合材料飞机结构损伤容限和耐久性设计初探

虽然军机和民机规范对复合材料结构的损伤容限和耐久性均提出了要求,但迄今为止尚无成熟的设计方法可用。本文试图通过对国外经验的归纳总结,并结合自己的研究成果,提出一种切实可行的方法供参考。限于篇幅,本文仅就加筋结构蒙皮遇到的几个问题进行讨论。     

复合材料结构设计值和冲击损伤容限许用值

 由于复合材料的引入,应该用“设计值”和“许用值”来代替“设计许用值”。讨论了设计值与许用值的关系,并指出复合材料结构压缩设计值主要取决于冲击损伤容限许用值。提出了应把冲击损伤破坏曲线定义为初步设计阶段用冲击损伤容限许用值,论证了这一定义的合理性,并给出了由该许用值确定压缩设计值的一般原则和过程。     

复合材料直升机平尾结构概率损伤容限评估

考虑工作应力和剩余强度的随机性,建立了航空复合材料结构概率损伤容限评估的应力-剩余强度干涉模型,以复合材料直升机平尾结构为研究对象,统计分析了工作应力、损伤尺寸、初始强度和疲劳极限等随机因素,基于考虑损伤尺寸效应的剩余强度模型,利用Monte-Carlo方法,评估了复合材料直升机平尾结构的失效概率。结果表明,建立的航空复合材料结构概率损伤容限评估方法是可行的,考虑了复合材料结构制造和服役过程中众多随机因素对剩余强度的影响,符合实际情况;损伤类型和损伤修复效率对复合材料直升机平尾结构的失效概率有显著影响,穿透型损伤对平尾结构可靠度的不利影响大于分层损伤,平尾结构的失效概率随着修复效率增大而降低。     

复合材料加筋板冲击后损伤容限研究

研究复合材料加筋板受冲击后的损伤演化具有较高的工程应用价值。首先,以某型无人机拟应用的复合材料加筋壁板(T300/BA9913)为研究对象,对其进行低速冲击试验;在壁板中央处和肋与壁板胶结处进行冲击,其冲击能量取6.67 J/mm,测量凹坑深度和分层损伤面积。然后,应用商业软件ABAQUS,编写相应的VUMAT子程序对冲击损伤进行模拟,软件中采用适宜的材料模型、单元种类并建立不同属性的接触,把基于应变的三维Hashin准则运用于复合材料单层板的损伤失效准则中去。最后,运用基于断裂韧度的连续的刚度退化方针对材料的刚度折减。将所建立的冲击模型的模拟结果与冲击试验数据进行对比,证明了冲击模型的有效性和准确性。     

复合材料盒段耐久性损伤容限试验研究

以冲击损伤容限设计思想为基础,按冲击压缩破坏曲线的门槛值确定设计许用值进行设计的复合材料结构,一般认为“静力覆盖疲劳”和“损伤不扩展”的结论成立,DAC8号复合材料机翼的设计遵循了这一设计思想。为验证上述结论选取复合材料机翼主受力盒段即油箱盒段,进行了耐久性损伤容限试验研究。结果表明,引入8～15J人工冲击损伤4处,并在1.15倍加重谱下进行了2倍寿命耐久性试验和2倍寿命损伤容限试验的结构,其剩余承载能力仍达到无损结构承载能力的80％以上,且试验过程中和试验结束后的无损检测均未发现预制的人工损伤发生扩展,证实了“静力覆盖疲劳”和“损伤不扩展”结论的正确性。     

基于损伤容限评定的飞机复合材料结构维修策略研究

根据飞机复合材料结构损伤机理与设计原则、适航要求、维修策略的制订方法,提出飞机复合材料结构MSG-3分析和损伤与特殊事件的分析要点,阐述有关损伤容限评定的理念与要求,为国产民机复合材料结构维修策略的制定提供技术支持。     

直升机机体结构疲劳和损伤容限设计

为保证直升机结构安全可靠、经济、易维护,疲劳强度工作应贯穿整个设计研制和使用过程.在直升机研制过程中,结构疲劳强度工作分为结构细节设计的疲劳设计阶段,初步疲劳和损伤容限评估和最终疲劳和损伤容限评估,三个阶段.本文对各阶段疲劳工作的内容和方法,以及飞行谱的编制和飞行载荷谱的计算等疲劳关键问题进行了简略的评述.为我国直升机结构疲劳设计工作提供一些可供借鉴的思路.     

航空结构损伤容限设计中的三维问题

在对三维断裂问题研究的基础上,对航空结构损伤容限评定中的三维问题进行了综合评述。详细分析了现行损伤容限分析的断裂力学基础、剩余强度评定、材料抗裂性能确定、常幅及谱载荷下寿命预测等重要环节中三维应力状态的作用,提出了解决问题的初步设想,给出了一些最新结果。并对介质、温度环境和载荷共同作用下材料失效中的三维问题等做了简述。最后提出了实现高可靠性损伤容限设计必须解决的三维问题。     

复合材料损伤容限分析软件

简要地介绍了由飞机强度研究所研制的复合材料损伤容限分析软件ＣＤＴＡＣＡ１．０版本的各项基本功能,及其所用的基本理论的程序结构,并给出了典型算例。     

无损检测技术在损伤容限设计试验中的应用

介绍了损伤容限设计的概况、损伤容限试验的工作程序及无损检测技术在损伤容限设计试验中的应用。通过试验，能够运用无损检测技术定量给出试件的损伤程度和监测在试验用载荷作用下损伤的发展情况，并准确、可靠、质量一致地检查出允许的最小危险性缺陷，从而确定出与设计、工艺规定的使用寿命。     

便携式冲击试验装置研制与应用

介绍了便携式冲击试验装置的研制原理及其应用。装置的研制不仅满足了大量预研课题和小试样性能测试的需求，而且成功地应用于许多军民机重点型号复合材料全尺寸结构地面验证试验中，解决了冲击损伤引入的难题，缩短了型号研制周期，节约了大量试验安装费用。     

飞机结构耐久性／损伤容限设计的工程控制

在理解飞机结构耐久性／损伤容限设计思想和总结工作经验的基础上，说明了飞机结构耐久性／损伤容限设计在结构完整性中的地位；宏观地给出了保证飞机结构使用的经济性和安全性，而从飞机设计开始到退役的全过程中，应进行的耐久性／损伤容限设计各项具体工作内容；强调只有把耐久性／损伤容限设计思想变成设计人员的自觉行动，不断地总结经验，才能真正提高飞机的设计质量。     

飞机结构耐久性/损伤容限综合分析模型

以现有的耐久性分析模型和损伤容限分析模型为基础,综合研究裂纹萌生和扩展的全过程,建立了飞机结构耐久性/损伤容限综合分析模型,并且通过一个具体的算例证明了模型的可行性。该模型兼顾了结构的寿命、安全以及检修一体化的要求,可用于对飞机结构进行综合设计与分析。     

结构连接件疲劳损伤容限全寿命设计方法

通过对结构疲劳裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命的研究,提出了连接件疲劳全寿命的计算方法。本文分别研究了连接件的裂纹形成寿命和扩展寿命,研究了试片裂纹形成寿命与扩展寿命之间的关系,提出了用试片的S-N曲线确定连接件裂纹形成寿命的修正方法。通过典型连接件的计算给出了连接件的全寿命,并与试验结果进行了对比,得到了较好的吻合。本文希望通过典型连接件全寿命研究提出一种更合理、可靠的连接件疲劳分析的工程方法,经试验结果验证这种方法是可行的。     

复合材料变厚度加筋板后屈曲耐久性/损伤容限一体化设计研究

在先进的复合材料飞机结构上大量采用复合材料加筋板这种结构形式。因此,本文着重研究了复合材料变厚度加筋板后屈曲、冲击损伤与冲击损伤对承载能力的影响,以及复合材料变厚度加筋板冲击损伤、后屈曲、耐久性/损伤容限设计一体化综合试验方法。最后,作者根据多年从事飞机型号结构设计经验,并结合本文的研究结果,总结出15项复合材料变厚度加筋板后屈曲耐久性/损伤容限一体化设计技术,以期对我国预研新机的复合材料飞机结构设计,对已研飞机的复合材料飞机结构改进、评定有所启示。     

评定复合材料抗冲击和损伤性能的研究

长期以来，一直采用CAI(冲击后压缩强度)来评定复合材料抗冲击和损伤的能力，大量实验数据证实，它是个物理意义比较含混的力学量，不能正确指导材料研究和设计选材。研究表明，复合材料结构的抗冲击耐久性和含冲击损伤的损伤容限分别对应于材料体系的损伤阻抗和损伤容限，并可以分别用对应静压痕力～凹坑深度曲线拐点的压痕力Fknee,和凹坑深度～压缩破坏应变曲线门槛值CAIT(Compression failure strain After Impact Threshold)来表征。