考虑静强度要求的飞机金属结构腐蚀/疲劳交替寿命预测方法

腐蚀环境下飞机金属结构疲劳关键件的寿命评定是飞机结构寿命监控的重要工作。为此,模拟飞机结构经历的"地面腐蚀+空中疲劳"过程,构建了考虑静强度要求的腐蚀/疲劳交替寿命预测模型。首先分析了结构静强度要求对腐蚀损伤的限制,然后基于腐蚀影响系数法提出了将腐蚀损伤当量成疲劳寿命的衰减;进一步分析了结构静强度对疲劳累积损伤的影响;最后,建立了基于静强度和累积损伤准则的腐蚀/疲劳交替寿命预测模型。计算结果表明:由于结构静强度的要求,不同使用强度下飞机结构疲劳寿命和日历寿命的消耗基本服从分段的线性关系;在使用强度为4.517万次/天和3.591万次/天时,疲劳寿命和日历寿命的消耗存在"平衡点",可以通过调整使用强度,达到二者同时到寿的目标。该模型可以为飞行计划的调整提供参考。     

腐蚀环境作用后LC4铝合金疲劳累积损伤竞争模型

日历腐蚀环境作用后材料或结构件的疲劳累积损伤规律是科学地确定飞机结构日历寿命的关键，为此本文进行了多种“疲劳 腐蚀”模式的损伤累积试验，研究了“机械栽荷”和“腐蚀载荷”的相互影响，提出了腐蚀环境作用后疲劳累积损伤的竞争模型。与实验结果的比较表明在“疲劳 腐蚀 疲劳……”的加载模式下竞争模型与试验结果吻合较好。     

金属疲劳中的累积损伤理论

飞机疲劳寿命的估算是飞机结构设计者甚为关注的问题。设计者迫切的希望能运用现有的科学理论水平和设计经验对飞机寿命进行精确的予计。然而,飞机结构疲劳寿命的估算,不是一件容易的事情,首先必须有一个合适的累积损伤理论,使运用这个理论估算构件的损伤不致过高或过低。其次,估算寿命还必须有精确的S—N资料、合适的载荷谱,而要得到精确的S—N资料和合适的载荷谱,又必须正确予计飞机的环境和使用状况。      

基于损伤力学方法的铆接结构疲劳寿命预估

将损伤力学-有限元方法应用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮压窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,得到了结构的疲劳寿命和疲劳损伤演化过程,并对铆接试验件进行了疲劳试验,将损伤力学方法的预测结果与试验结果进行了比较。分析结果反映出结构疲劳损伤累积初期较为缓慢、后期速率急剧上升的过程,符合损伤演化规律。在180MPa载荷水平下,计算寿命与试验平均寿命的相对误差为11.3%,满足工程精度要求。从而验证了损伤力学方法应用于实际工程结构寿命预测的可行性和可靠性。     

基于振动疲劳损伤分析的飞机壁板结构加筋参数优选

振动疲劳问题在飞机薄板结构中广泛存在,严重时甚至会引起蒙皮撕裂。基于损伤力学理论框架,利用Python语言对ABAQUS进行了二次开发,实现了振动疲劳损伤形成和演化的过程模拟。针对飞机典型加筋壁板结构进行了振动疲劳损伤分析,模拟了损伤演化过程,并对加筋高度参数进行了优选。结果表明:不同的加筋形式有不同的优选加筋高度,C型加筋高度为30mm时振动疲劳寿命最高,L型加筋高度为45mm时振动疲劳寿命最高。最后通过振动疲劳试验对仿真分析结果进行了验证,表明所选取的加筋参数能够提高结构的抗振动疲劳能力,振动疲劳寿命的最大误差为31.63%。     

含广布腐蚀坑结构寿命评估方法

为了定量评估含广布腐蚀损伤老龄化飞机结构的剩余强度, 采用等效裂纹方法将腐蚀坑沿垂 直于外界最大主应力方向进行投影处理, 使其转化为具有相同寿命的等效初始表面裂纹, 然 后采用参数化有限元方法,求解等效裂纹前沿的应力强度因子、裂纹扩展方向和裂纹扩展增量, 建立并应用应力强度因子变化历程, 采用循环接循环的损伤累积方法对含广布等效表面裂纹 在疲劳载荷作用下的寿命进行了预测. 预测结果为复杂环境中含广布腐蚀坑的飞机结构寿命 预测提供了参考.     

腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术的试验验证

一般环境下飞机结构疲劳寿命评定技术已相对成熟,而建立在模拟试验基础上的腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术目前尚不完善.本文通过退役飞机全尺寸结构疲劳试验结果与对应的关键部位腐蚀条件下疲劳寿命评定结果的对比分析方法,验证腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定方法,同时提出了用已服役多年飞机全尺寸结构疲劳试验结果修正地面停放腐蚀修正系数曲线及加速环境谱当量加速关系的方法.     

机翼全尺寸延寿试验及可靠性分析

机翼全尺寸疲劳试验是老龄飞机延寿的科学依据。本文介绍了疲劳裂纹形成和扩展寿命的分散系数，以及可靠度和标准差的选取。针对延寿的可靠性分析，提出按疲劳／损伤容限设计概念或当量裂纹扩展寿命方法，以及机翼串联模型，确定整机延寿使用寿命的技术途径。最后给出应用实例。     

西北工业大学强度所实验室简介

西北工业大学强度研究所是专门从事飞机结构和其它结构应力分析、寿命估算、断裂特性研究、动态品质分析和结构损伤容限、耐久性及可靠性研究的机构,它所属的强度实验室具有雄厚的实力,可进行上述领域的各种试验研究.强度实验室现有专职高级技术人员五人,中级技术人员七人,初级和其它人员多人.分为静力、疲劳断裂、动态特性研究、摆振落震、激光全息和仪器设备等     

复合材料胶接修补问题的试验研究和分析

用带中心裂纹的Ｌｙ１２ＣＺ铝合金板模拟飞机的损伤结构,对于不同的修补方式（单边和双边修补）,不同的补片材料（铝合金和复合材料）和几何尺寸以及脱胶等因素,进行了静强度和疲劳裂纹扩展试验． 实验表明． 胶结修补能明显地提高损伤结构的强度和疲劳寿命,同时实验还为修补实践的选材和几何参数的设计等提供了大量数据． 文中最后给出了修补结构疲劳裂纹的有限元计算估计,并与试验结果进行了比较和分析．     

Influence of environmental factors on corrosion damage of aircraft structure

Corrosion is one of the important structural integrity concerns of aging aircraft, and it is estimated that a significant portion of airframe maintenance budgets is directed towards corrosion-related problems for both military and commercial aircraft. In order to better understand how environmental factors influence the corrosion damage initiation and propagation on aircraft structure and to predict pre-corrosion test pieces of fatigue life and structural integrity of an effective approach, this paper uses the cellular automaton (CA) method to character the effect of electrolyte concentrations, dissolution probabilities, and temperature on the corrosion damage of a metal structure exposed to an aggressive environment, and the procedure for applying the local rules between the cells of the CA to simulate the corrosion damage evolution is formulated. The simulation results show that the different electrolyte concentrations, dissolution probabilities and temperature, the laws of the dissolution current with time are investigated and they obey the time power function.     

复合材料修补结构腐蚀扩展特性实验研究

为了研究腐蚀环境对复合材料修补结构疲劳特性的影响,开展以某型飞机加速环境谱为基础的预腐蚀试验,并采用递进式的试验方法分别完成对未修补未腐蚀、修补但未腐蚀、又修补又腐蚀的试样疲劳裂纹扩展试验。利用试验数据计算了复合材料修补构型、腐蚀环境对裂纹尖端应力强度因子影响的修正系数,并确定了通过试验验证的修补结构疲劳裂纹扩展修正模型。该模型预测腐蚀环境下修补结构的疲劳寿命与试验值一致。试验数据和预测模型可为海军飞机复合材料修补结构的损伤容限设计提供参考。     

OPTIMIZATION OF FUSELAGE OPENING ZONE OF CIVIL AIRCRAFT

在民用飞机机身上通常布置较多舱门开口,导致机身结构刚度发生急剧变化。为了保证飞机结构刚度以及载荷的传递,本文对机身开口结构的刚度及强度进行了深入研究,明确了开口结构刚度的影响因素,并对开口角度大小及加强结构尺寸进行了优化。以上研究对机身开口结构设计及加强提供了方向和方法,可以用于飞机机身开口结构初步设计阶段。     

副翼铰链力矩脱机校准试验的简化方法及验证

飞机副翼铰链力矩飞行实测是新机定型的必要环节.采取传统的脱机载荷校准方法完成某新型民机副翼铰链力矩的校准试验需要自主研发专用实验台,难度大、成本高.本文提出了一种简化的副翼作动器脱机载荷校准试验方法,不需要研制专用实验台,仅使用一台拉压试验机,排空作动器中的液压油,将作动器直接安装在拉压试验机上进行拉压试验即可完成校准...     

民机复合材料结构冲击后压缩设计值的确定方法

冲击后压缩设计许用值是复合材料飞机结构设计的一个非常重要的参数。本文通过分析常用的目视检测方法和飞机结构冲击能量统计结果,从凹坑深度和冲击能量截止值两方面定义了目视勉强可见损伤;根据民机设计兼顾安全性和经济性的特点,作者提出压缩设计许用值中的目视勉强可见损伤应综合考虑,慎重确定。文章还研究了复合材料层压板的抗冲击性能,从工程应用角度给出了结构冲击后压缩设计许用值的确定要点,即用小试样的冲击后压缩试验结果推导的基准系数和环境系数,对元件乃至典型结构件的冲击后压缩试验结果进行修正。     

飞机壁板结构的动特性分析与计算

本文以“修正的变分方法”为基础推导了一种新的飞机壁板结构动力分析方法.该法不需要将结构理想化或离散化而直接对复杂的飞机壁板结构进行特征分析或响应分析,方法的实质是将一个复杂结构划分为一个参考结构和一些附加结构,而把这些附加结构视为作用在该参考结构上的广义力,这些广义力由系统能量的变分求得.同时,本文还将有限条法与各向异性壳法相结合,发展了新的有限条分析方法.文中通过固有频率的计算,对这种方法的计算精度和应用场合等问题进行了讨论.     

民机机身结构耐撞性研究的进展与挑战

应急着陆场景下的民机耐撞性与乘员安全直接相关,是民机安全性的重要体现,其中机身结构耐撞性是民机结构强度领域内的研究热点。机身结构耐撞性是复杂的非线性冲击动力学问题,涉及到结构的大变形、断裂失效与动态接触等。运输类飞机适航标准对机身结构耐撞性做出了明确规定,要求通过合理的设计,避免乘员承受过于严酷的冲击载荷,维持客舱内大质量体的有效约束,保持乘员的可生存空间以及维持乘员应急撤离通道的可用等,相关的设计需要通过实验方法或经验证的分析方法进行评估。本文对民机机身结构耐撞性研究中的几个关键问题,如紧固件和机械连接结构的冲击动力学行为,高效吸能元件与吸能结构设计方法,机身结构耐撞性评估的实验与数值方法等近年来的研究情况进行了分析,总结了主要研究进展,并分析了当前研究面临的主要挑战。     

民机机身结构耐撞性研究的进展与挑战

应急着陆场景下的民机耐撞性与乘员安全直接相关,是民机安全性的重要体现,其中机身结构耐撞性是民机结构强度领域内的研究热点。机身结构耐撞性是复杂的非线性冲击动力学问题,涉及到结构的大变形、断裂失效与动态接触等。运输类飞机适航标准对机身结构耐撞性做出了明确规定,要求通过合理的设计,避免乘员承受过于严酷的冲击载荷,维持客舱内大质量体的有效约束,保持乘员的可生存空间以及维持乘员应急撤离通道的可用等,相关的设计需要通过实验方法或经验证的分析方法进行评估。本文对民机机身结构耐撞性研究中的几个关键问题,如紧固件和机械连接结构的冲击动力学行为,高效吸能元件与吸能结构设计方法,机身结构耐撞性评估的实验与数值方法等近年来的研究情况进行了分析,总结了主要研究进展,并分析了当前研究面临的主要挑战。     

运七飞机座舱的压电主动振动控制实验研究

由于实验规模与复杂性的限制 ,将压电材料用于实际飞机振动主动控制的实验研究极少 ,因而缺少对其实用潜力的探讨。为评估压电陶瓷在实际飞机结构上用于减振的可行性和效果 ,以运七飞机座舱壁板为试件 ,实地进行了基于准独立模态控制策略的主动振动控制实验 ,取得理想的控制效果 ;表明了建模和控制方法的正确性与有效性 ,同时反映出压电结构的应用潜力和前途是十分广阔的