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。     

砂带磨削300M钢的试验研究

为了防止磨削烧伤并提高零件的疲劳强度，对３００Ｍ超高强度钢进行了砂轮磨削和砂带磨间的对比试验。试验结果表明，砂带磨削效果优于砂轮磨削，导致这一结果的原因在于砂带磨削与砂轮磨削有着不同的加工机理。     

一种新型无机耐烧蚀复合材料固化机理的研究

在特定温度下，采用一定比例的氢氧化铝和磷酸合成出磷酸铝基体，对玻璃纤维或织物处理后，采用手糊工艺（固化温度低于220℃）制备了新型耐烧蚀复合材料——织物增强磷酸铝基复合材料。借助XRD和TG—DTA等测试技术，详细研究了材料的固化机理，发现材料可采用加热固化和常温固化。其热固化机理为：在加热时，酸式磷酸铝脱水形成聚合状的磷酸铝，然后转变为线型聚磷酸铝或环状偏磷酸铝；常温固化机理为：在常温下，酸式磷酸铝与活性适中的固化剂反应而获得强度。     

K4169高温合金组织细化研究

研究了 K4 1 6 9高温合金在不同浇注温度及向熔体中加入细化剂时的晶粒组织。结果表明 ,降低浇注温度可以明显细化凝固后基体的晶粒和提高铸件断面等轴晶的比例。在通常的浇注温度 1 4 0 0℃和 1 4 2 0℃下 ,并对合金熔体进行均匀化处理时 ,加入所研制的复合细化剂可使圆柱锭的晶粒分别细化至 ASTM1 .7级和 ASTMM1 0 .5级 ;断面等轴晶的比例分别达 96 %和 90 %以上。本文提出了晶粒细化的机理并分析了晶粒细化后断面等轴晶比例增大的现象     

海洋环境下机载电连接器腐蚀分析与失效机理

为分析海洋环境对机载航空电连接器的腐蚀情况的影响,将电连接器进行自然暴晒试验和实验室多应力加速试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和光学显微镜等表征手段对试验件腐蚀程度、腐蚀区的微量元素定性定量分析。结果显示,电连接器的中间轴身和头部高应力接触区易发生腐蚀。电连接器主要的腐蚀方式有电应力腐蚀和电化学腐蚀。高温、高盐、高湿和高辐射的海洋环境加速了电连接器被腐蚀的过程。被腐蚀的电连接器局部镀层破损甚至脱落,基底材料暴露在外且被腐蚀和破坏,并形成大量的金属盐腐蚀产物,导致失效概率增加。出现失效的主要原因是电连接器的接触电阻增加、绝缘性能降低、电偶腐蚀、应力松弛和蠕变。     

7B04-T6铝合金腐蚀疲劳交替寿命预测模型

利用7B04-T6铝合金进行了预腐蚀试验和"腐蚀+疲劳+腐蚀+疲劳+……"交替模式作用下的腐蚀疲劳交替试验.试验结果表明:在腐蚀疲劳交替作用下,试验件寿命比相同腐蚀时间作用下的预腐蚀试验件寿命长.利用试验结果建立了基于损伤力学和非线性损伤累积理论的腐蚀疲劳交替寿命预测模型.提出了利用损伤指数描述腐蚀损伤和疲劳损伤在交替过程中的耦合关系,并分析了损伤指数变化对模型迟滞因子和模型预测精度的影响.通过模型分析,在腐蚀疲劳交替过程中,疲劳加载次数对寿命的影响大于腐蚀时间的影响,并且随着加载次数增加试验件的寿命也增加.      

低速冲击损伤对复材加筋板压缩性能的影响

对无损伤及含低速冲击损伤的复合材料加筋板进行了压缩试验,分别采用数字图像相关方法（DIC）、电测法对加筋板屈曲后屈曲行为进行了实时测量。试验结果表明：冲击损伤对屈曲载荷、屈曲模态影响不明显,对破坏载荷及破坏模式影响较大;相比于完好加筋板,含冲击损伤加筋板蒙皮纤维损伤沿着横向扩展,导致结构提前破坏,强度降幅达30%。随后,采用软化夹杂法对冲击损伤进行了等效简化,并基于改进的Tsai-Wu准则、二次应力准则建立了复合材料加筋板渐进损伤有限元分析模型,分别对完好及含冲击损伤加筋板压缩后屈曲失效过程进行了模拟。与试验结果相比,预测的屈曲载荷误差小于1%,破坏载荷误差小于6%,屈曲模态、失效过程及破坏模式均与试验结果一致。最后,基于有限元分析方法讨论了蒙皮上冲击损伤位置对加筋板压缩性能的影响,分析得出：冲击损伤位置对屈曲载荷、屈曲模态影响较小,对破坏载荷和破坏模式影响较大,特别是当冲击损伤位于长桁帽底蒙皮波谷时引起的强度降幅最为显著。     

涡轴发动机整机吞砂试验及性能退化评估

为系统掌握砂尘侵蚀对涡轴发动机整机和零部件的影响,分析了国内外整机吞砂试验条款的差异及适用性,开展了某涡轴发动机整机吞砂试验研究。依据气动热力过程约束方程和发动机整机匹配约束条件,建立了涡轴发动机试验数据快速评估模型,完成了整机及各部件性能退化评估,并利用公开文献数据进行了对比分析。结果表明：功率和耗油率随吞砂时间呈二次函数规律退化,吞砂10 h功率损失10.2%,耗油率升高3.2%;吞砂造成压气机一级叶片弦长变短0.7%～3.4%、厚度减薄1.0%～3.0%,压气机流量下降4.1%、效率下降3.1%、增压比下降4.5%;燃气涡轮冷却气膜孔存在轻微堵塞和表面烧蚀,冷气量减少1.5%,效率下降0.5%;而动力涡轮效率因叶片表面光洁度提高有小幅提升。     

航空发动机吞冰损伤一体化数值模拟平台搭建与验证

为了给航空发动机在进气条件下的吞冰损伤物理试验提供多方案快速优化的数值参考,建立了航空发动机叶片吞冰损 伤快速分析的数值模拟方法和流程,并形成了1套软件系统。该系统通过研究发动机进气吞冰过程中冰体6自由度运动姿态和轨 迹的流场快速模拟方法,建立了吞冰流场的数值仿真模型;通过冰体的本构模型及冰体撞击叶片损伤效应的系统研究,准确建立 了叶片损伤模型;将吞冰流场计算和冰撞击过程计算进行了一体化耦合,形成了航空发动机叶片吞冰损伤的快速分析软件系统, 建立了冰块运动姿态、冰块撞击叶片破碎过程及轨迹预测的一体化仿真流程。结果表明：数值计算方法能够有效预测冰块运动轨 迹和撞击变形量,变形量误差不大于8%;该软件系统有效地解决了吞冰损伤复杂过程有限元模型的自动生成问题,极大地提高了 分析效率,可有效节约试验成本、提高试验效率。