飞机结构损伤及腐蚀控制自动管理系统软件研发及应用

飞机结构损伤和腐蚀对民航飞机的飞行安全产生重要影响,对于飞机结构的损伤和腐蚀进行正确控制与管理是航空维修企业的重要工作。本文阐述自行开发的飞机结构损伤及腐蚀控制自动管理系统软件的设计和应用情况,介绍了该软件的主要功能和应用效果。     

基于机电阻抗方法的连接接头螺钉松动损伤识别研究

飞机在飞行过程中,机翼蒙皮的螺钉在反复载荷的作用下会发生松动、甚至脱落损伤,对飞机的飞行安全埋下隐患。及时发现此类损伤并采取有效措施可以提高飞机的安全性。针对此类损伤,设计了硬铝合金板连接接头的螺钉松动损伤模式,应用机电阻抗的试验方法对其进行了识别研究。试验结果表明：当选择恰当的频率范围时,随着螺钉松动损伤程度的增加,压电片与结构组成系统的RMSD（Root Mean Square Deviation）指标增加,两者表现出单调函数关系,应用RMSD损伤指标可以识别螺钉松动损伤程度,且对小的损伤更加敏感。     

寿命系数定寿的原理和方法

通过对疲劳载荷谱损伤值的研究,发现金属材料的疲劳寿命与疲劳试验载荷谱损伤值成线性关系,即金属材料的疲劳寿命随疲劳试验载荷谱的轻重成线性关系。由此规律推导出寿命系数,通过寿命系数可以降低全尺构件的疲劳试验时间。根据已有的疲劳试验数据研究的寿命系数值显示,在平均谱(疲劳损伤值为50%)基础上加重至58.33%损伤谱可降低全尺寸疲劳试验时间11%,75%损伤谱可降低36%,91.5%损伤谱可降低51%。由此得出:为了减少全尺疲劳试验时间,可以用加重载荷谱进行全尺寸疲劳试验,获得重谱下的寿命,再利用样件的寿命系数将其还原到平均谱下的平均寿命,然后用规范规定的疲劳分散系数除以平均寿命,给出使用寿命。这样既实现了减少疲劳试验时间的目的,又不违背规范规定的疲劳分散数值,使飞机定寿既经济又可靠。     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断

针对多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断问题,提出一种直接估计舵面偏转量的自适应补偿观测器方法。首先,设计了增广观测器进行系统输入估计,并提出了自适应补偿方法解决其动态跟踪性能差的问题;其次,设计了一种新的自适应阈值以快速检测故障并降低虚警率;最后,利用舵面故障特点,采用重置初值的限定记忆最小二乘方法实现了对突变参数的实时估计,用以进行故障隔离。仿真结果表明:在不同的舵面损伤故障情况下,所提出的观测器方法能在20 ms内发出故障预警,并在0.22 s内确定故障位置,所采用的辨识方法可以在故障报警后的0.2 s内准确估计出损伤程度。     

复杂结构部件概率疲劳寿命预测方法与模型

针对多部位损伤(MSD)复杂结构部件的疲劳寿命预测问题,通过定义损伤临界值随机变量,分析、讨论了寿命概率分布、损伤概率分布、损伤临界值概率分布的属性及其之间的关系,研究了概率损伤累积原理,提出确定累积损伤临界值概率分布的方法,建立了概率累积损伤准则。基于多层次统计分析技术和系统层可靠性建模原理,构建了复杂结构部件的概率寿命预测模型;通过各关键部位的损伤累积和结构系统的失效概率计算,实现了复杂结构部件概率疲劳寿命预测,通过典型算例展示了方法及模型的应用。     

土石地基剪切波测试实验建模

土石混填材料室内标准击实实验中,由于试筒尺寸限制,边界效应相对集中,无法对现场大 面积土石混填材料的力学性能和压实状态进行准确模拟。文中对砂土、粉质粘土、低液限黏 性土3种土样的细粒土试件及土石混填试件开展变含水量及变土石比大型振动压实实验,对 工程现场大范围土石混填地基力学性能进行模拟。基于不同压实程度,研究并建立混填试件 整体剪切波速、碎石剪切波速与碎石间隙细粒土剪切波速之间的相关模型。实现定石料条件 下,混填料整体剪切波速与间隙细粒土剪切波速的相互推算。并通过变石料应力波实验进行 验证。结果表明：大型振实实验数据能准确反映现场土石混填料的压实特性,模型对变石料 和变土样混填料都有很好的实用性。     

基于流固热耦合模型的并行电弧损伤影响分析

电弧故障可以释放很高的能量,对周围一定距离的物体和导线造成危害,其产生的热量甚至可以引起火灾。首先,理论分析电弧的能量在管路上的分配及其造成的影响,使用流固热耦合的数值计算方法,用于模拟流体和固体之间的实时热量交换。建立了有限元模型,对电弧损伤影响进行数值仿真研究,建立了电弧能量分配方程。最后,分析了直流28 V和交流115 V供电条件下的电弧损伤影响程度,验证了所建立的电弧能量分配方程的预测能力。仿真结果表明：电弧故障使得金属发生相变,其损伤影响程度与电弧功率系数、能量耗散因数等有关;当电弧功率增大后,管路相变吸收的能量所占电弧总能量的比重就越大;电弧功率系数是一个与管路和电弧位置间距有关的指数函数。     

Multiscale modeling of mechanical behavior and failure mechanism of 3D angle-interlock woven aluminum composites subjected to warp/weft directional tension loading

The mechanical behavior and progressive damage mechanism of novel aluminum matrix composites reinforced with 3D angle-interlock woven carbon fibers were investigated using a multiscale modeling approach. The mechanical properties and failure of yarns were evaluated using a microscale model under different loading scenarios. On this basis, a mesoscale model was developed to analyze the tensile behavior and failure mechanism of the composites. The interfacial decohesion, matrix damage, and failure of fibers and yarns were incorporated into the microscopic and mesoscopic models. The stress–strain curves and fracture modes from simulation show good agreement with the experimental curves and fracture morphology. Local interface and matrix damage initiate first under warp directional tension. Thereafter, interfacial failure, weft yarn cracking, and matrix failure occur successively. Axial fracture of warp yarn, which displays a quasi-ductile fracture characteristic, dominates the ultimate composites failure. Under weft directional tension, interfacial failure and warp yarn rupture occur at the early and middle stages. Matrix failure and weft yarn fracture emerge simultaneously at the final stage, leading to the cata-strophic failure of composites. The weft directional strength and fracture strain are lower than the warp directional ones because of the lower weft density and the more serious brittle fracture of weft yarns.     

Principles and methods for determining calendar life and corrosion tolerance of mechanical parts

In order to facilitate the determination of the calendar life of mechanical parts, the author summarized his relevant research papers that had studied for many years as eight distinct topics: (A). The principle and method for compiling the equal-damage temperature and humidity spectrum; (B). The principle for preparing the high concentration medium solution; (C). The principle and method for determining the metal calendar life; (D). The principle and method for determining the protective coating calendar life; (E). The principle and method for determining the total calendar life; (F). The principle of the reliability processing; (G). The principle and method for determining the corrosion damage tolerance; (H). The principle and matching design method to ensure that the total fatigue life and the total calendar life of the mechanical part were safe simultaneously. The above contents established a complete set of theoretical systems and methods for determining the calendar life.