偏航机动飞行时的壁板颤振问题及优化设计

研究了气流偏角变化条件下,复合材料壁板颤振分析及其优化设计问题。采用考虑气流偏角影响的一阶活塞理论和Von\|Karman大变形理论建立了复合材料壁板颤振方程。通过模拟退火优化方法,对不同气流偏角下的壁板颤振速度进行了计算。以偏航壁板颤振速度为目标函数进行了壁板结构的优化设计。分析结果表明：采用所提出的偏航壁板颤振速度,能更好地分析复合材料壁板在机动飞行时的稳定性;通过铺层方式优化设计,能明显提高偏航壁板颤振速度,并较好地解决现有壁板颤振优化设计带来的最优铺层方式的选择问题。给出的算例验证了方法的有效性。
     

非线性壁板颤振计算的子循环预测校正方法研究

为了解决流固耦合问题中弱耦合计算方法存在的滞后误差引起计算发散的问题, 将子循环方法与预测校正方法相结合, 使用有限元方法求解壁板动力响应, 使用Fluent求解受扰动的流场, 使用基于拉伸弹簧与扭转弹簧的动态网格方法更新流场网格, 分析了弹性壁板在超声速气流作用下的非线性动力响应, 结果表明此方法能准确预测壁板颤振的响应特性, 计算稳定性优于弱耦合方法, 可以保持长时间计算结果的稳定性.      

机身加筋壁板复合加载损伤容限性能试验

为研究机身加筋壁板裂纹扩展规律和剩余强度特性,按照机身壁板承受内压和轴拉载荷边界条件的要求,设计并制造试验装置,通过静力试验验证了试验方案的正确性和合理性。损伤容限试验结果表明:纵向裂纹沿直线扩展,左右两侧裂纹扩展对称性较好,半裂纹长度小于80mm时呈缓慢裂纹扩展特性,该裂纹可检性好,检出概率较高;纵向裂纹失稳扩展导致最终破坏,在最远的框处呈现"T"字状的裂纹扩展破坏模式。研究结果可为新型客机机身结构损伤容限分析与设计提供数据支持。     

复合材料加筋壁板多点冲击损伤和高周剪切疲劳试验

为研究多点冲击损伤和高周剪切疲劳对复合材料加筋壁板损伤演化、屈曲行为及破坏模式的影响,制作了9块相同构型的复合材料加筋壁板,设计了冲击试验、高周剪切疲劳试验和剩余剪切强度试验。在多点冲击和高周剪切疲劳试验过程中,使用超声C扫描系统监测了损伤区域。C扫描图像表明损伤区域的长度和宽度随着循环次数的增加而增加。与无预制损伤试验件相比,多点冲击损伤和高周剪切疲劳试验件的平均破坏载荷下降了约50%。冲击或疲劳形成的初始损伤对破坏模式产生影响,冲击疲劳试验件出现了局部蒙皮屈曲变形,破坏裂纹非常接近冲击点。      

含离散源损伤的复合材料壁板的剩余强度评估

为研究含离散源损伤的碳纤维增强树脂基复合材料曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度,对7长桁4框的复合材料曲面帽形加筋壁板进行了试验和分析。结果表明,与离散源损伤距离超过1个典型长桁间距壁板的蒙皮和长桁在轴压载荷作用下轴向应变分布较均匀;加载过程中,损伤区附近应力重新分配,降低了应力集中,离散源损伤可简化为圆孔;基于FD判据和经典层压板理论的计算方法能较准确的计算出含离散源损伤的曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度;并针对复合材料曲面帽形加筋壁板的结构特点、应变分布特征及破坏模式提出一种在内压-轴压联合载荷下轴向剩余强度的工程估算方法;计算结果均与试验结果吻合较好。     

金属与复材机舱壁板隔声量仿真及声学优化

为研究金属及复材对机舱壁板隔声量的影响,建立了隔声量的统计能量模型,并通过均质铝板隔声量的理论计算结果及有限元仿真结果验证其有效性,利用该统计能量模型分析了不同铺层方式对复材板隔声量的影响,对比了等厚度、等面密度条件下金属板和复材板的隔声性能差异,最后通过铺设阻尼优化了复材板的隔声性能。分析结果表明：单向层厚度以及铺层层数的改变对复材板隔声量影响很小;厚度相同时,铝板的隔声量明显高于复材板,而面密度相同时,在高于2 500 Hz的高频段,铝板的隔声量高于复材板,其余频率下二者隔声量相近;阻尼优化后的复材板与优化前相比在2 500 Hz、3 150 Hz和4 000 Hz三个频率处隔声量分别提升1 dB、4.1 dB和18.6 dB,其他频率处隔声量变化较小,证明使用阻尼材料可以有效提高复材板的隔声性能。     

整体壁板数字化展开建模方法

针对整体壁板零件数字化制造过程中对展开模型的需求,提出了一种整体壁板展开建模流程,针对曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板零件,运用基于单元等变形的复杂曲面展开方法和基于单元变形能的复杂曲面展开方法对曲面展开,并以型号整体壁板零件为例,分别验证了运用两种曲面展开方法展开外形面及所创建板坯模型的效率和准确性.结果表明,基于单元等变形的复杂曲面展开方法适用于曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板展开计算,展开的外形面及以此为基础建立的板坯模型形状尺寸准确,效率明显提高.     

大型构件蠕变时效成形技术研究

蠕变时效成形技术是为实现大型整体壁板构件高性能与精确成形协同制造而发展起来的一种新型钣金成形方法.分析了大型整体壁板构件的特点和蠕变时效成形技术的原理,从蠕变时效材料本构建模、模具型面回弹补偿和模具设计3个关键方面重点阐述了蠕变时效成形技术的研究进展,并且从材料本构向构件本构发展、蠕变成形向塑变与蠕变复合成形发展和简单热力能场向多级复合能场时效成形发展3个研究热点阐述了该技术进一步发展面临的挑战.     

机身壁板有头铆钉自动钻铆干涉量研究

通过对飞机机身壁板典型结构的分析,开展有头铆钉自动钻铆干涉量工艺试验,按试验规划设计制作工艺试验件,参考实际生产流程进行制孔、铆接、分解、测量、计算等,得出干涉量数据.分析整理试验数据,从中找出针对机身壁板典型结构的干涉量形成规律.