直升机旋翼轴载荷测量试飞研究

为实测及研究飞行状态下的直升机旋翼轴弯矩、扭矩及拉力,提出一种旋翼轴飞行载荷测量方法.首先对旋翼轴应变电桥的布局进行分析,解决弯矩、扭矩及拉力应变电桥耦合的问题;然后通过载荷地面标定试验及飞行试验,动态同步实测不同飞行状态下的旋翼轴载荷,并对飞行数据的有效性进行验证;最后根据实测的试飞数据,对旋翼轴受载严重的试飞科目平...     

弯曲载荷下碳纤维/双马复合材料湿热特性实验研究

研究了碳纤维/双马复合材料单向层板在三点弯曲载荷作用下70℃水浸的湿热特性,测试分析了层板的吸湿量、玻璃化转变温度、弯曲性能及其破坏模式随湿热时间的变化,通过对比研究弯曲载荷作用和无外载荷条件下层板湿热性能的差异,探讨了应力对复合材料湿热行为的作用规律。结果表明：弯曲载荷作用下试样整体的吸湿规律、剩余弯曲性能等方面与未加载情况相比没有显著差异,但弯曲加载试样吸湿饱和前相同吸湿率时玻璃化转变温度下降更多;弯曲加载试样受压应力部分吸湿速度小于受拉应力部分,同时弯曲断口的扫描电镜照片显示,与未加载情况相比弯曲加载试样受拉应力部分树脂与纤维粘结较弱,说明应力会对复合材料湿热性能产生影响,并且不同方向应力的作用规律不同。     

多通道高精度应变测量技术研究

设计了一种新型多通道应变测量系统 ,该系统能够消除测量环节中的运算放大器、A D转换器及电桥供电电源漂移的影响 ,具有极高的测量精度和稳定性。该测量原理不仅可应用于应变测量系统 ,还可应用于温度、压力等测量系统中 ,具有非常广泛的使用范围 ,文中还分析了该系统的特性、修正系数和实验结论     

埋入光纤进行复合材料中的应变测量

由于光纤传感器所具有的特点, 把光纤埋入复合材料内部进行应变测量, 从而监测复合材料的性能改变, 是随着智能复合材料结构的研究而发展起来的一项新技术, 本文用弱波导理论的有关结果研究了光纤在受到力作用时, 光纤应变和其中传输光的位相改变之间的关系, 计算了Corning 光纤在轴向应力作用下的应变-位相灵敏度, 为形成干涉型光纤传感器提供理论基础; 同时给出了单向受力情况下的实验验证, 分析了误差原因。      

湿热环境对航空复合材料加筋板压缩屈曲和后屈曲性能的影响

使航空复合材料加筋板在湿热环境中(70°C、水浴)达到吸湿饱和状态,对普通加筋板(A型)和吸湿饱和加筋板(B型)进行压缩实验。两类加筋板的破坏形貌相似,主要是筋条的断裂、脱粘和壁板的分层、撕裂,但破坏位置显著不同,A型加筋板的破坏位置均在加筋板中部附近,而B型分别在靠近两端的部位破坏,表明B型加筋板的破坏位置具有不确定性。两类加筋板的屈曲形式均为筋条间壁板的屈曲和中间2根筋条的屈曲,但两类加筋板相同位置的失稳壁板的弯曲方向相反,说明湿热环境对失稳壁板的弯曲方向影响较大。B型加筋板在压缩载荷下仍存在后屈曲过程,湿热环境对加筋板的屈曲载荷影响较小,对破坏载荷影响较大,较A型加筋板相比两者分别下降了3.1%和22.2%。     

高载荷质量比复合材料机翼模型结构设计与制造研究

针对给定外形机翼模型,为得到具有高载荷质量比的模型机翼,提出3种结构布局形式,结合有限元计算结果与制造工艺性分析,最终确定直梁式机翼结构布局方案.提出的成形工艺方案,通过成形质量检验和加载试验,验证了成形工艺的可行性和合理性.     

FBG传感器在复合材料结构健康监测上的应用

把传感器集成到结构中,实现在线实时评估或警告结构损伤情况,是未来航空航天工业发展的必然选择.近些年来,光纤传感系统受到了越来越多的关注,尤其是在先进复合材料结构健康监测方面.光纤传感器中应用最多的是光纤光栅( FBG)传感器,它不仅可以在线测量结构的应变,进而间接测量结构的健康状况,还可以直接检测和评估复合材料结构的损伤情况,如横向裂纹,脱层损伤等,从而实现对结构的健康监测.     

复合材料结构受横向载荷作用的强度问题

众所周知, 各向同性材料结构的极限分析与设计只需一个应力强度条件(如采用第一或者第四强度理论) 。但是在复合材料的情况下, 问题要复杂得多。本文中提出除了一个应力强度条件之外, 还须补充一个临界变形条件或者称为临界刚度条件才可以确定复合材料结构在横向载荷作用下的极限破坏状态的观点。对本文作者近期在这方面的研究工作作了介绍, 尤其侧重介绍如何确定复合材料结构的极限承载能力, 并指出复合材料结构受有横向载荷作用的一些有待研究解决的紧迫问题。      

交变载荷下复合材料的电学响应：一个新的材料结构研究方法

创新性地在传统的动态机械分析仪器中引入电阻测量的方法。同步、原位、在线、实时地测出了导电性复合材料如碳黑填充热塑性高分子材料或碳纤维增强热固性树脂基复合材料在动态机械载荷下的电阻响应。借此首记记录到以上材料在加热与交变机械载荷联合作用下的结构变化信息。如导电网络完善和稳定,以及树脂基体膨胀、碳纤维微动等,这不仅为分析材料的微结构变化提供了新的手段,而且在线检测复合材料在服役状态的结构变化或可能的损伤与失效提供了可能性。     

用飞行载荷实测结果修正静强度试验载荷的技术研究

主要研究利用飞机的飞行载荷实测结果修正静强度试验载荷,但由于国内尚不具备对机翼等部件施加60%以上的限制载荷进行校准试验,因此首先利用飞机进行静强度试验的机会,获得飞行载荷测量应变计电桥响应与载荷的关系,确保飞行载荷实测结果可靠,进而研究如何修正静强度试验载荷。     

复合材料螺栓联接螺纹载荷分布规律研究

基于Abaqus有限元分析软件建立了复合材料螺栓联接的三维有限元模型,以预测复合材料螺栓联接的螺纹载荷分布,为使模型符合真实情况,将螺母支承在弹性地基上并通过Abaqus USDFLD子程序考虑了C基或SiC基复合材料拉压不对称特性。此外,本文对预测金属螺纹的载荷分布的Yamamoto方法进行了经验性的推广,使其可以反映C基或SiC基复合材料的各向异性和拉压不对称性。通过对比多组材料及几何参数下推广的Yamamoto方法（EYM）和有限元法（FEM）预测的螺纹载荷分布验证了推广的Yamamoto方法的有效性。研究结果表明：复合材料螺栓联接的载荷分布通常比金属联接的载荷分布更均匀;随着螺距与直径之比的增加,螺纹载荷分布不均程度有所增加;复合材料螺栓绕其轴线相对于螺母的转动对载荷分布几乎没有影响。     

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究Ⅰ:前向响应模型

先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、 航天结构工程中有着广泛的应用前景。本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究。本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型。考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e, 对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进。基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论, 建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式, 应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应, 并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性。该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构 Ⅱ : 逆向重构的研究提供前提条件和理论基础。      

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究Ⅱ:反演模型与验证

将最优化方法应用到复合材料格栅板的载荷重构中,基于文献[11]所建立的前向响应模型,通过构造误差性能指标J表征前向响应模型与实测响应的差,将载荷的反演转换为所定义误差性能指标极值条件的获取,应用平滑算法对指标J的极值进行了求解;并借助分布式响应的功率梯度云和指标J极值点的搜索给出了一套由粗到精的载荷定位方法,实现了AGS板的载荷时程和载荷位置的同时重构.算例与实验研究表明,本文方法具有较高的反演精度和鲁棒性,从而为AGS的工程应用提供了必要的技术储备.     

玻璃纤维复合材料静载荷声发射试验研究

通过对玻璃纤维复合材料试件静力载荷条件下的声发射试验,研究了该种材料在静力试验条件下的损伤破坏过程的声发射特性,分析了该材料损伤各阶段的声发射特性和对应的载荷比,系统而完整地得到了该材料损伤类型特征及声传播特性。试验证明:对玻璃纤维复合材料进行静力载荷条件下的声发射试验研究,可有效并清晰地揭示该材料在静力试验条件下损伤破坏过程中的声发射特性及材料损伤类型特征,为该材料的寿命健康监测、缺陷判定提供评价依据。     

燃气环境中碳/碳复合材料循环载荷下的损伤机理

将覆有SiC涂层的C/C材料置于甲烷燃气风洞中进行了循环载荷试验.应力-应变迟滞回环面积和棘轮应变的变化同时表明材料受到的损伤大部分发生在前50次循环,之后随着循环次数的增加,损伤的积累逐渐趋于稳定状态.材料在风洞环境下受到氧化,呈现出层状氧化形貌,这是由于碳纤维和碳基体之间不同的氧化速率所致.经过循环加载而未断裂的试样的残余强度比原始强度降低了19%,仅遭受氧化而未循环加载的试样强度相对原始值降低了38%.对试样的横截面微结构进行观察发现材料受到循环载荷后纤维/基体界面发生脱粘现象.拉伸实验中的实时声发射信号表明,只有当拉伸应力大于材料遭受的最大历史载荷时,试样才会发生明显的损伤.     

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究 Ⅱ: 反演模型与验证

将最优化方法应用到复合材料格栅板的载荷重构中,基于文献[11]所建立的前向响应模型,通过构造误差性能指标J表征前向响应模型与实测响应的差,将载荷的反演转换为所定义误差性能指标极值条件的获取,应用平滑算法对指标J的极值进行了求解;并借助分布式响应的功率梯度云和指标J极值点的搜索给出了一套由粗到精的载荷定位方法,实现了AGS板的载荷时程和载荷位置的同时重构。算例与实验研究表明,本文方法具有较高的反演精度和鲁棒性,从而为AGS的工程应用提供了必要的技术储备。      

基于图像相关法测量板料无载荷动静应变的研究

提出了一种利用数字图像相关法和单目视觉技术相结合的方法,实现了对板料进行全场平面应变测量。研究了基于数字图像相关法计算应变的算法,通过实验测量板料在无载荷工况下的静态和动态形变,实验结果表明采用数字图像相关法测量静态应变,最大平均误差0．004mm/50mm,动态应变最大平均误差0．015mm/50mm,此实验方法揭示了单目视觉技术对测量应变精度影响的规律,验证了数字图像相关法测量应变的可行性。     

碳纤维/环氧树脂复合材料层压板冲击凹坑的回弹特性

冲击凹坑的回弹特性对飞机复合材料结构低速冲击损伤的目视检出概率有至关重要的影响。采用T800碳纤维/M21环氧树脂复合材料单向预浸丝束自动铺贴和热压罐固化工艺制造了层压板试件。试件引入1 mm左右的冲击凹坑后分成4组,分别在室温环境、湿热环境、重复载荷及湿热和重复载荷联合作用的条件下测量冲击凹坑在不同时间的回弹量,以研究湿热环境和重复载荷对冲击凹坑回弹的影响。结果表明:湿热环境可显著提高冲击凹坑的末期回弹量,但其影响过程较缓慢,因而对凹坑初始回弹速率影响不显著;重复载荷也可提高冲击凹坑末期回弹量,但其影响相对较小,其使冲击凹坑的初始回弹速率有明显提高;湿热环境和重复载荷联合作用对冲击凹坑末期回弹量的影响高于重复载荷和湿热环境的单独影响,凹坑初始回弹速率与重复载荷单独影响下几乎相同。      

弯扭组合梁载荷测量试验研究

对金属结构进行载荷测量,应变法是常用方法之一。在弯矩、剪力和扭矩等单独作用下,利用应变法测得数据的准确性以及线性相关性都很好。而实际情况中,结构受力情况复杂,经常受到弯矩、剪力和扭矩等耦合作用,因此利用应变法测得的数据和输入载荷值生成的多元线性回归方程的线性相关性有待进一步验证。本文设计了一种典型的弯扭组合梁结构,在弯矩和扭矩的耦合作用下,利用应变法进行载荷测量,测量数据准确性很好,并且输入载荷值、弯矩和扭矩等多个变量生成的多元线性回归方程的线性相关性很强。     

复合材料机翼格栅结构低速冲击损伤仿真研究

针对采用格栅结构的某无人机机翼,研究了机翼格栅结构在承受低速冲击下结构材料的损伤特性;在ABAQUS软件中建立了冲击损伤过程有限元模型,采用Hashin-Rotem应变失效准则和Camanho参数退化方式,对无穿透破坏前提下的单侧带蒙皮格栅结构进行了冲击仿真实验.研究了针对不同格栅结构构型、不同冲击位置、不同冲击能量等情况下的损伤特性.结果表明:对结构不同位置进行冲击时,结构损伤类型、面积、扩展特性等都有极大的不同,而且复合材料结构不同铺层的损伤特性也有很大差异;验证了格栅结构对损伤扩散具有良好的限制能力,表明格栅结构具有很好的抗损伤能力.