A model-based prognostics method for fatigue crack growth in fuselage panels

This paper proposes a model-based prognostics method that couples the Extended Kalman Filter (EKF) and a new developed linearization method. The proposed prognostics method is developed in the context of fatigue crack propagation in fuselage panels where the model parameters are unknown and the crack propagation is affected by different types of uncertainties. The coupled method is composed of two steps. The first step employs EKF to estimate the unknown model parameters and the current damage state. In the second step, the proposed efficient linearization method is applied to compute analytically the statistical distribution of the damage evolution path in some future time. A numerical case study is implemented to evaluate the performance of the proposed method. The results show that the coupled EKF-linearization method provides satisfactory results: the EKF algorithm well identifies the model parameters, and the linearization method gives comparable prediction results to Monte Carlo (MC) method while leading to very significant computational cost saving. The proposed prognostics method for fatigue crack growth can be used for developing predictive maintenance strategy for an aircraft fleet, in which case, the computational cost saving is significantly meaningful.     

曲线片型加筋壁板的稳定性优化设计

加筋板作为一种典型结构被广泛应用于航空航天领域,为进一步拓展直筋加筋板的设计空间,提出了一套基于ModelCenter设计优化环境、Catia和Abaqus的曲线片型加筋板优化设计框架.一方面,筋条曲线采用参数数目可变的等距剖分三次B样条插值函数,为曲筋加筋板提供了足够大的优化空间.另一方面,采用筋条加载端相聚和筋条垂直于板边2种方式来解决曲线片型加筋板的筋条加载问题,从而产生了一些新的曲筋加筋板布局形式.优化结果表明,对于单向载荷主导的加筋板,曲筋加筋板相对于直筋加筋板稳定性改善不大.但对于复杂组合载荷,曲筋加筋板获得了比直筋加筋板更好的稳定性.      

高速流场中变刚度复合材料层合板颤振分析

变刚度复合材料层合板在高速流场中的颤振行为是设计中需要考虑的问题。本文研究了高速流场中的曲线纤维变刚度层合复合材料壁板非线性颤振响应,分析了边界条件和纤维方向对颤振特性的影响。利用von-Karman大变形应变-位移关系,采用气动力活塞理论,根据虚功原理和有限元法建立变刚度复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型,采用Newmark法对壁板的颤振方程求解。给出了不同边界条件和纤维方向条件下层合复合材料壁板的颤振特性。计算结果表明：随着纤维在板中心处或在边界±a/2处与x方向夹角（T₀或T₁）的增大,颤振临界动压减小;相同动压下,随着T₀或T₁的增大,极限环振幅增大。研究表明采用曲线纤维进一步提高了复合材料层合板的可设计性,通过调整曲线纤维路径可以改变复合材料壁板的颤振特性。     

基于一致性理论的卫星太阳能帆板分布式振动控制

针对卫星太阳能帆板的振动抑制问题,本文提出一种基于一致性理论的分布式振动控制方法。首先,依据智能组件的定义建立面向分布式控制的太阳能帆板整体结构动力学模型;然后,根据图论和一致性理论设计抑制帆板振动的分布式控制器,控制器由反馈镇定项和一致性协同项两部分构成;基于Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性和鲁棒容错能力;最后,设计不同情况的数值算例,验证所提分布式控制方法的有效性。仿真结果显示,基于一致性理论的分布式振动控制方法不但能够有效地抑制卫星太阳能帆板的振动,提高系统的动态性能,还具有良好的鲁棒容错能力。     

复合材料帽形加筋壁板剪切屈曲性能

对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）帽形加筋壁板的剪切屈曲进行了试验、理论分析和数值模拟。根据线弹性理论推导了复合材料帽形加筋壁板蒙皮的应变分布;针对复合材料帽形加筋壁板3种蒙皮板条单元截取宽度和两种边界条件,利用理论公式和半经验公式计算了加筋壁板的剪切屈曲载荷;利用特征值法和几何非线性法进行了剪切屈曲模拟分析;将得到的分析结果与试验结果进行了对比。结果表明：根据线弹性理论得到的蒙皮应变分布与试验结果一致,验证了推导结果的正确性;选择合适的边界条件和蒙皮板条单元截取宽度,利用理论公式和半经验公式可得到加筋壁板较准确的屈曲载荷;利用特征值法得到的屈曲载荷较试验屈曲载荷高,选择合适的几何初始缺陷系数利用几何非线性分析方法可模拟复合材料帽形加筋壁板在剪切载荷作用下的屈曲过程。     

变截面加筋板尺寸-布局一体化设计

为了提高加筋板结构的开口补强效率,文中提出了一种新型变截面加筋构型。通过丰富加筋结构层级,有效抑制了开口引发的失稳变形扩展,从而提高了结构的承载能力。在优化设计中,为了合理缩减设计变量的数目,文章采用函数变量来分别描述加筋层级与布局的变化规律。进而基于代理模型,实现了尺寸-布局一体化设计。最后,与等尺寸、等布局优化方法及等布局、尺寸余弦分布的优化方法的结果进行对比,凸显了文中所提出的一体化设计方法的简洁与有效。     

横向载荷作用下缺陷加筋板有效板宽的一个计算方法

 基于大挠度理论给出一个含初始挠度、焊接残余应力缺陷加筋板格在横向载荷作用下有效带板宽度的计算公式,分析缺陷加筋板格的极限强度。并对 Faulkner型焊接残余应力板在均布载荷作用下进行了实际数值算例,分析表明上述诸因素均对极限强度有一定影响,这与实际情况是相符的。     

浮动瓦块冷却结构在燃烧室中的应用和发展

指出了纯气膜冷却已不能满足航空发动机燃烧室冷却日益增长的要求，分析了强制对流气膜复合冷却和承力合理的浮动瓦块式火焰筒结构。同时还介绍了先进的冲击发散冷却在浮动瓦块式燃烧室中应用的进展状况。     

复合材料薄壁加筋板的压缩后屈曲研究

针对复合材料薄壁加筋板的轴压后屈曲问题,结合相关试验,采用有限元方法进行了分析,并考虑了不同分析参数的影响。结果表明,在后屈曲分析中使用立即失效模型表征材料的失效行为更符合实际情况。对于薄壁结构,在模型中添加胶层单元对结构总体行为有较大影响,在实际设计过程中可以用不含胶层单元的模型预测结构的破坏载荷和失效模式。     

复合材料加筋筒段压载荷承载能力优化

复合材料加筋筒段是航空航天领域广泛采用的结构构形,其结构形式决定了重量及承压能力。为了研究加筋筒壁的承载能力,分析筋条间距、筒段长度和四种典型工程筋条截面的影响;以结构轻重量为目标函数,结构临界屈曲载荷、筋条局部屈曲载荷为约束,采用梁轴惯性矩平移模型,对复合材料筒壁0°、±45°、90°各铺层总厚度和筋条截面尺寸进行优化。结果表明结构轻重量设计中τ型桁条最有利,并得到其设计曲线,为工程设计应用提供参考。