航空发动机叶片表面损伤与检测研究进展

航空发动机叶片的工作环境极其恶劣,表面会出现各种类型的损伤。在损伤早期进行表面检测能够有效预防因损伤扩展导致的叶片失效断裂。发动机叶片表面损伤的检测和评估主要由人工操作,严重依赖工作经验,但人工检测不仅效率低下,而且检测结果容易受到人为因素的影响。为了高效、高精度地检测发动机叶片表面损伤,从叶片失效形式出发,综述了发动机叶片在停放和运行2种状态下的损伤机理,并重点阐述了涡流检测、渗透检测等常用于叶片表面损伤检测的方法。总结了基于机器视觉的检测技术,分析机器视觉检测面临数据集稀缺和单一性的挑战,认为收集大量数据并进一步完善评估标准是未来发动机叶片表面损伤检测系统研究的重点方向。     

一种非线性模型下的复合材料螺栓连接失效分析

复合材料螺栓连接结构已广泛应用于飞机结构件,研究其拉伸失效问题具有重要意义。结合Hashin失效准则、能量耗散率方法、Puck失效准则和材料损伤连续退化方法,建立一种包含面内损伤和层间损伤的复合材料三维非线性模型;将含开孔层合板准静态拉伸试验结果与有限元数值模拟结果进行对比,两者之间的应力应变响应及最终断裂失效模式一致,证明该本构模型是有效的;在此基础上,对复合材料单钉双搭接螺栓连接结构进行拉伸失效分析。结果表明:数值模拟所得位移载荷响应与试验结果吻合良好,极限拉伸载荷误差不超过5%,满足工程应用要求;加载过程中的孔边变形和损伤累积使得螺栓连接结构整体刚度下降,其最终破坏模式为中搭接板挤压失效。     

空间重复锁紧与分离装置容差性能分析与验证

空间重复锁紧与分离装置的容差能力是合作目标能否被捕获的关键指标,一定的容差能力能够抵消机械臂末端定位误差带来的合作目标位姿误差。根据某种在轨服务平台对空间合作目标的捕获方式,提出并设计了一种具有一定容差能力,并且在空间机械臂协助下能够完成对合作目标重复锁紧与分离的装置。本文建立了合作目标任意一点与重复锁紧与分离装置坐标系之间的D-H矩阵,完成了对球头关键点运动轨迹数学模型的建立。利用关键点投影方法对装置的容差性能进行分析,验证了装置设计的合理性。通过ADAMS仿真和样机试验相结合的方式对装置的容差性能进行验证,结果表明所设计的装置能够捕获和锁紧处于极限位姿下的合作目标,验证了装置的容差能力。     

基于分形理论的铝合金腐蚀损伤研究

对不同腐蚀时间作用下航空LY12铝合金的表面腐蚀损伤形貌进行试验研究。将分形理论引入到铝合金腐蚀损伤研究领域,对受腐蚀损伤铝合金的表面形貌的分形现象进行了分析。结果表明：在同一应力水平下,疲劳寿命随表面腐蚀形貌分维数的增加而减少。结构的疲劳寿命随分维数变化规律的研究将为受腐蚀铝合金结构的安全性评价提供新的思路和方法。同时提出了把腐蚀形貌分维数和腐蚀深度作为评价铝合金腐蚀损伤的指标。     

L型复合材料机械连接接头承载能力与失效行为研究

L型复合材料连接结构已应用于运载火箭结构的端框设计,但目前对于该结构的承载能力和破坏模式缺乏研究。将典型的L型连接端框简化为无弧度的平直L型接头片段,通过单向对拉试验,对6 mm和8 mm两种厚度L型机械连接接头的承载能力和破坏模式进行了研究。由承载能力试验结果表明:L型接头在拉力作用下呈现出明显的A、B、C三个阶段,其中A阶段的拉力最大值可作为该类接头结构的极限承载能力。采用有限元方法分析接头的破坏模式,仿真与试验结果的误差为2.5%,取得了较好的一致性。由数值分析表明:拉力作用下L型接头的承载能力主要取决于螺栓压紧区附近和直角拐角区域的层间强度和基体强度;在原铺层信息基础上增加0°层数和降低90°层数,对接头承载能力提升效果不明显。研究结果可为L型复合材料连接结构的设计提供参考。     

基于视景仿真的引战配合效率评估方法

针对舰空导弹飞行试验中导弹引战配合性能难以直接观测,以及靶标与典型作战对象差异较大的问题,提出了一种基于视景仿真的引战配合效率评估方法,实现了导弹对典型目标的引战配合效率评估。基于某型舰空导弹引战系统的工作原理,建立了引信启动模型、战斗部毁伤模型和目标毁伤效果评估模型,实现了对典型目标引战配合及毁伤的定量分析。仿真模型经过靶试飞行试验数据检验,仿真结果与实际靶试结果基本吻合,仿真模型得到了有效验证。所提供的毁伤评估手段可为导弹性能鉴定及导弹对防空体系贡献度提供参考依据,对后续靶场开展相关舰空导弹试验鉴定具有借鉴意义。     

航空发动机风扇叶片与机匣刮蹭分析及结构设计

针对异常载荷下,航空发动机宽弦风扇叶片的叶尖与机匣刮蹭变形及损伤特征缺乏数据支持,而传统理论计算方法存在较大的误差问题,建立了宽弦风扇叶片叶尖刮蹭显式动力学分析模型,采用宽弦风扇叶片与机匣刮蹭试验数据,对分析模型的计算精度进行了验证。基于分析模型进行了仿真参数的敏感度分析,得到了叶片与机匣刮蹭后叶片变形及机匣损伤规律。研究结果表明:叶尖伸长量对转子转速非常敏感,叶尖径向伸长量增加速率远大于转速增加值,因此在叶片设计中应考虑到风扇叶片极限转速下叶尖伸长量。同时需要选取合理的扭转角度以满足叶片安全性和气动性能的要求。在风扇机匣包容区设计中应主动考虑异常载荷的影响,增大安全性设计域度;设计合理的耐磨层材料参数,减小风扇叶片对其冲击损伤。采用该方法可以提高叶尖间隙控制精度,减小刮蹭对叶片和机匣造成的损伤。      

基于线性频散信号构建的复杂航空结构Lamb波高分辨率损伤成像

在对复杂航空结构的Lamb波损伤成像中,Lamb波频散容易使信号波包发生扩展和变形,从而降低信号的分辨率,并最终影响损伤监测结果,因此Lamb波频散补偿已成为急需解决的一个重要问题。目前常用的频散补偿方法需要理论计算Lamb波频散曲线,难以适用于复杂航空结构。本文利用现场直接测得的相对波数曲线进行线性频散信号构建(Linearly-dispersive signal construction,LDSC)的频散补偿处理,解决了航空复杂结构中Lamb波频散难以补偿的问题。然后,将LDSC用于延迟叠加损伤成像中,以实现高分辨率损伤成像。为了降低多反射的复杂航空结构形式对成像结果的影响,引入了1.5波峰正弦调制的准宽带Lamb波激励波形。最后通过在真实复杂的某型飞机大梁结构上的实验证明了所提方法的有效性。     

航空发动机风扇叶片硬物冲击损伤特征

通过对国内近20年民用航空发动机风扇叶片外物损伤数据调研与统计分析,筛选最具典型特征的硬物冲击损伤数据,依据发动机维修手册对风扇叶片损伤类型特征进行了分类,研究损伤类型与发动机类型的相关性和差异性、损伤发生位置特征、损伤尺寸特征等内容.分析结果表明:发动机风扇叶片硬物冲击损伤类型表现出多样化特征,其中缺口和凹坑两类损伤类型发生概率较大,而且不同损伤类型在特定发动机型号中又存在一定的差异性.通过对损伤位置与尺寸特征的分析,表明风扇叶片的损伤位置存在一定的集簇统计规律,缺口的损伤尺寸特性存在一定的统计分布规律.研究结果能够为航空发动机风扇叶片实际的维护维修工作提供相关技术参考.      

含缺陷C/SiC平纹机织复合材料拉伸力学行为数值模拟

采用APDL语言实现ANSYS的二次开发,建立含预制缺陷的纤维束截面卵圆形多尺度单胞模型。首先计算纤维束单胞的初始模量,强度以及最大应变;随后利用扫描电镜图中的缺陷建立单胞模型,并引入周期性边界条件,预测材料的初始各向材料常数。同时利用Linde提出的逐渐损伤准则,进行单轴拉伸力学行为的数值模拟,并阐述该平纹机织复合材料单胞模型在经向拉伸载荷作用下其纤维束的损伤及演化过程。该模型计算得到的最大拉应度为0.65%,强度为256.46 MPa。结果表明,该模型给出的数值模拟结果与实验数据吻合较好,证明了模型的有效性,为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供了一种有效方法。