翼身融合民机典型PRSEUS受压壁板屈曲及渐进损伤分析

由NASA和波音公司共同提出的拉挤杆缝合高效一体化结构（PRSEUS）,由于具有优异的抗压稳定性和止损/止裂等承载优势,已成为解决翼身融合布局民机非圆截面机身结构承载效率低和稳定性差等问题的主要途径。本文针对典型PRSEUS受压壁板结构,开展了线性/非线性屈曲及渐进损伤分析;提出了综合考虑蒙皮、止裂带、长桁翻边、隔框翻边等一体化缝合元件贯穿支撑构型几何关系和偏置参考面的建模方法,提高了PRSEUS受压壁板有限元模型的精度;提出了综合考虑屈曲特征值、非线性屈曲载荷等多影响因素的网格收敛性分析方法,提高了PRSEUS受压壁板屈曲分析的计算效率;提出了最小屈曲特征值、几何节点偏移以及最小屈曲特征值-几何节点偏移组合式等3种初始缺陷引入方法,提高了PRSEUS受压壁板损伤分析的计算精度;完成了基于纤维与基体损伤本构关系的典型PRSEUS受压壁板非线性屈曲损伤分析,通过与试验结果对比,给出了针对PRSEUS结构的非线性屈曲渐进损伤演化分析方法。为翼身融合布局民机PRSEUS结构的稳定性/损伤分析和设计提供了方法和技术支撑。     

航空发动机限寿件概率失效风险评估的等效应力转化

提出一种从整个飞行循环出发并基于全局的限寿件等效应力转化方法,将转化后的等效应力作为概率失效风险评估的输入条件,从而获得更为精确的失效风险结果。首先通过流固耦合数值模拟获得限寿件在整个飞行循环的瞬态应力,然后基于雨流计数法及线性累计损伤理论编制转换程序,将限寿件模型全部节点上的瞬态应力转化为等效应力,最后作为概率失效风险分析流程的输入条件确定寿命期内的概率失效风险。相同飞行循环条件下,与基于局部最大应力的转化方法相比,全局等效应力转化方法获得的失效风险更低。该方法的提出,为我国民机型号概率失效风险评估时作为关键输入数据应力的确定给出了定量参考,有力支撑了适航取证。     

复合材料层压板冲击损伤双面扫描的声像分析

利用超声系统对复合材料层压板结构的冲击损伤双面扫描,探讨损伤声像在各层面上的分布状况,从两面扫描中分析其在对应位置声像不一致性成因,从而依声图像准确判定内部损伤空间位置、大小、缺陷性质及一般规律。通过层压板冲击损伤的双面扫描分析对比,分析了扫描面结果不一致性的几种成因。此项研究有助于对复合材料内部各层面损伤进行定性、定量分析,并为断层图像重建为三维模型提供依据,在一定程度上减少三维重建凭经验、想象的主观性随意性。     

基于疲劳累积损伤准则的随机结构动力可靠性灵敏度分析

基于疲劳累积损伤准则,对动力可靠性灵敏度在工程上的应用进行了初步性的研究和探讨。研究表明,利用有限元软件将随机振动谱分析技术、基于Miner准则的疲劳动力可靠性理论和与灵敏度分析方法结合起来,分析结构的随机输入参数对结构的动力可靠性灵敏度的方法是有效并且可行的,本文的研究结果可为工程中随机结构的动力可靠性灵敏度的设计和评估提供参考。     

民航飞机结构疲劳裂纹生长机理及检查方案探讨

从民用航空规章对民航飞机结构的疲劳损伤审定要求出发,通过对结构部件疲劳裂纹的产生及生长机理进行分析,阐释结构损伤容限设计理论的相关要求,并通过制定有效的检查方案确保民航飞机服役期限内的结构完整性。     

航空有机涂层在户内加速试验与户外暴露中的损伤等效关系

开展航空有机涂层在户内加速试验与户外暴露过程中的损伤等效关系研究,为飞机蒙皮的寿命预测提供基础数据。进行涂层的长期户外暴露和户内加速试验,同时跟踪观察涂层表面形貌变化,利用电化学阻抗谱(EIS)定量分析涂层损伤,进而研究涂层在户内加速试验和5年热带海洋大气环境中的损伤行为。研究发现,有机涂层试样在经历7个户内加速试验周期和5年户外暴露后,试样中心区域仍然十分完整,但是电化学阻抗模值显著下降;有机涂层户外暴露与户内加速试验的相关系数为ρ=0.77,经过6个户内加速试验周期的有机涂层试样的损伤与在海南万宁3年户外暴露的损伤等效;经过3年户外暴露或者5个户内加速试验周期后,有机涂层试样的特定频率电化学阻抗模值Zf=0.1开始与合金基体的Zf=0.1在一个数量级上,由TB06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆和TS96-71氟聚氨酯无光磁漆组成的有机涂层开始失效。     

修理问题中层压板特性的工程估算方法

研究了层压板修理中对无损、开孔以及具冲击损伤情况下力学性能的简便工程计算方法。根据自行设计的试验及其相关文献的试验结果,采用Heslehurst关于层压板弹性常数及强度的估算方法时数据进行了分析,同时把其对开孔板得到剩余强度的估算方法推广到合冲击损伤在内的损伤结构剩余强度。多种材料体系和铺层方式组成的层压板的试验和计算对比表明,该工程算法给出的精度大都在20%以内。因此可以用该算法来确定结构的修理容限的下限。     

平面机织复合材料在剪切载荷下损伤刚度折减分析

采用三维实体有限元方法,结合周期性边界条件,分析了平面机织复合材料在剪切情况下损伤的起始、扩展、直至最终破坏的全过程。分析中抛弃了以往损伤研究中采用的“单元消失“技术,对破坏的基体单元和纤维束单元均按方向进行刚度折减。制作了纵横剪切试件并进行了相应的试验。计算结果和试验结果吻合良好,证明研究方法的正确性。     

碳纤维复合材料贮箱内压和低温承载行为研究

碳纤维增强聚合物复合材料具有轻质高强的优异特性,是液氢液氧燃料贮箱的理想材料。然而液氢液氧燃料贮箱在服役时要承受极低温度载荷,复合材料贮箱箱体的低温结构可靠性尚未可知。开展了碳纤维/环氧复合材料缠绕贮箱结构在温度和内压载荷下的变形及损伤研究,分别进行了常温/低温抗渗漏测试,结合应变测量、声发射监测、氦质谱检漏等方法分别研究了内压以及低温工况对复合材料贮箱的应变分布及损伤泄漏状态影响机制。研究结果表明,封头与圆筒区域交界处易产生应变集中,低温载荷导致复合材料局部小幅度基体损伤及纤维/基体界面脱粘,但并未影响贮箱箱体承压性能和气密性。本研究可为未来大型航天器减质设计提供参考。     

胶接修补复合材料层合板失效分析的PDA-CZM方法

建立了一种预测胶接修补复合材料层合板的损伤演变与剩余强度的PDA-CZM方法。该方法应用三维渐进损伤分析（PDA）方法和粘聚区模型（CZM）分别模拟复合材料层合板和修补胶层的失效过程。对修补层合板的纤维断裂、基体开裂、层间分层以及胶层脱胶等损伤的萌生和扩展以及它们之间的耦合作用进行了研究。计算得到了修补结构的载荷--位移曲线,并预测了其极限强度。计算结果和试验数据吻合良好,验证了PDA-CZM方法的有效性。最后,讨论了修补参数对剩余强度的影响规律。