机身蒙皮划窝对结构细节疲劳额定值的影响

飞机机身蒙皮疲劳破坏是需要重点关注的问题,为评测连接方式(沉头与平头)对其疲劳性能的影响,选取典型双剪搭接结构进行试验研究。通过试验测定结构疲劳寿命,计算得到结构细节疲劳额定值(DFR)。可以得知,沉头结构DFR值降低了约22%。利用理论方法计算结构DFR值,对比试验数据,两种方法平均误差为2.10%,验证理论方法的可靠性,为机身蒙皮结构疲劳性能的研究提供参考。计算不同蒙皮厚度下结构DFR值,得知平头结构随蒙皮厚度增加DFR值逐渐下降;对于沉头结构,蒙皮厚度太大或太小均会降低结构DFR值,选择1.5 mm、1.8 mm厚度蒙皮较合适。     

加强中心孔板的DFR及其试验验证

疲劳分析已经成为现代飞机结构分析的重要组成部分,通过有限元方法对有加强开孔板疲劳分析的重要参数——应力集中系数进行了求解,进而求出开孔部位的细节疲劳额定值(DFR)。将有限元计算结果与试验结果进行对比,发现吻合较好,证明了采用有限元方法求解应力集中系数进行疲劳分析是精确可靠的,可以采用该方法对今后同类型试验件DFR值的确定进行预估分析。     

使用环境下民机机翼蒙皮对接结构疲劳分析

对民机机翼蒙皮对接结构进行使用环境下的疲劳分析.根据结构典型使用情况,采用细节模拟试件实验室加速腐蚀试验测定细节疲劳额定值(detail fatigue rating,DFR)地面停放腐蚀影响系数和空中腐蚀疲劳影响系数;采用腐蚀条件下的DFR方法对结构进行疲劳分析,得到疲劳裕度.在此过程中建立处理实际结构复杂使用环境的方法及由细节模拟试件试验得到的DFR腐蚀影响系数确定结构使用环境的DFR腐蚀影响系数的方法.采用机翼蒙皮对接部位模拟试件,设计完成指定使用情况所对应的预腐蚀一腐蚀疲劳交替验证试验,试验结果与分析结果基本一致,该使用环境下的疲劳分析方法可行.     

2E12-T3铝合金蒙皮环向对接结构的疲劳性能

通过有限元仿真确定蒙皮环向对接结构的疲劳危险部位,计算得到2024-T3铝合金对接结构的理论细节疲劳额定值(DFR).对2E12-T3铝合金蒙皮环向对接结构进行疲劳试验,分析了疲劳断裂位置和断口形貌,计算得到该对接结构的试验DFR,并与2024-T3铝合金对接结构的理论DFR进行对比分析.结果表明:蒙皮环向对接结构试样均在蒙皮端部钉孔处发生疲劳破坏,与有限元分析得到的结构薄弱部位一致;裂纹起源于蒙皮与带板贴合面且与加载方向垂直的蒙皮孔壁上,裂纹扩展区存在疲劳条带和少数韧窝,瞬断区存在韧窝及空洞;2E12-T3铝合金对接结构的DFR相比于2024-T3铝合金对接结构提升约13.9％.     

某型飞机腹板连接结构疲劳试验分析

腹板连接处的疲劳性能直接影响飞机的安全性,疲劳分析中常采用细节疲劳额定值(DFR)来度量结构细节本身固有的疲劳性能。文中对某型飞机腹板连接结构进行了加速疲劳试验研究,通过在结构件表面预先粘贴的应变花实时监测试件在正弦交变载荷下的应力应变状况,得到了疲劳试验过程中裂纹附近的应力演化规律。试验结果表明:在峰值为18 k N的正弦交变拉伸载荷作用下试件的疲劳寿命约3×105,符合疲劳寿命分布预期104-106。采用DFR法分析了该结构件破坏部位的疲劳性能,通过计算得到了试件破坏部位的DFR值,研究表明应力最大的地方不一定最危险,DFR值小的部位也不一定最先破坏,并给出了试件上4处局部结构的预测寿命。研究结果可用于飞机腹板连接结构的疲劳分析。     

腐蚀条件下修正当量地空地循环数的DFR方法

通过引入腐蚀影响系数,将民机结构实际使用环境下用当量地空地循环数表示的设计目标寿命折算为疲劳损伤相同的一般环境下当量地空地循环数,从而建立腐蚀条件下疲劳分析的细节疲劳额定值(detail fatigue rating,DFR)方法.对于民机结构,腐蚀影响系数包括地面停放预腐蚀、空中飞行环境预腐蚀和空中腐蚀疲劳影响,引入基于腐蚀电化学理论的折算系数,将空中飞行时间等腐蚀损伤地折算为地面停放时间,从而综合考虑地面停放和空中飞行环境预腐蚀影响.针对典型使用情况下的支线客机,对其疲劳关键部位--机身长桁机加接头部位,采用腐蚀条件下DFR方法进行疲劳分析,验证该方法的可行性和合理性.     

两种新型铝锂合金铆接结构细节疲劳额定强度研究

针对飞机蒙皮铆接搭接结构,通过疲劳试验研究得到了两种新型铝锂合金Al-Li-S-4和2198-T8试件的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。研究结果表明:Al-Li-S-4铆接结构的DFR值为102.24 MPa,2198-T8的DFR值为83.09 MPa,前者的铆接疲劳性能优于后者;两者疲劳断口有较大差异,前者断口比较平坦而后者相对粗糙,前者疲劳条纹更加细密,疲劳条带间距更小。     

表面粗糙度对激光选区熔化TC4钛合金疲劳性能的影响

针对沉积表面和机加表面激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金试验件,通过疲劳试验得到两种表面粗糙度下的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜研究表面粗糙度对SLM成形TC4疲劳性能的影响。结果表明:沉积表面的DFR值为235.1 MPa,机加表面的DFR值为283.3 MPa,后者疲劳性能优于前者。断口分析显示表面粗糙度对疲劳裂纹萌生方式影响显著,沉积表面疲劳裂纹源萌生于试验件的表面,断口粗糙,高低起伏比较明显,机加表面疲劳裂纹源起始于试验件内部,断口比较平坦。     

含多相似疲劳细节结构的细节疲劳额定值的估算模型

细节疲劳额定值法(DFR法)是一种已在飞机寿命估算及耐久性分析中广泛使用的结构疲劳分析方法。为了将DFR法应用于含多相似疲劳细节的复杂结构的疲劳分析,克服结构DFR值的传统评估模型的不足,以得到更准确的评估结果,分别将复杂结构考虑成一个由相似疲劳细节群组成的串联、并联或串并混合联的结构系统,依据DFR法和系统可靠性模型,建立含多相似疲劳细节结构的细节疲劳额定值的估算模型。     

飞机结构腐蚀疲劳分析中的DFR法

通过分析和试验,说明DFR(detail fatigue rating)法在腐蚀疲劳分析中的适用性及其与常规疲劳分析的DFR法的主要差异;给出腐蚀环境中细节疲劳额定值DFRf(t)的定义及其在典型环境中细节疲劳额定值的表达式;在此基础上,简单说明飞机结构腐蚀疲劳作用下产生工程可检裂纹α0的日历年限分析方法,并通过算例说明分析过程.     

停放环境下飞机材料疲劳性能的退化规律

对2A12-T4铝合金试样进行了加速环境试验,模拟自然停放环境对飞机停放不同日历年后的影响;并进行疲劳试验,通过试验数据,计算得到试样的细节疲劳额定强度(σDFR),拟合得σDFR与停放时间的函数关系式。结果表明:随着日历时间的延长,材料的σDFR呈线性下降趋势;且在自然环境下停放12a的退役飞机上同种材料的实际σDFR与其计算得到σDFR的误差极小。     

螺栓连接单搭接件疲劳特性试验与全寿命估算方法研究

飞机搭接件结构在疲劳载荷下会产生裂纹并扩展,而目前对搭接件结构参数与其疲劳寿命的关系研究还不够系统,且寿命估算模型只考虑了全寿命的一部分。对不同结构参数的三螺栓单搭接件的疲劳特性进行了试验研究,并以现有工程方法为基础,构建了基于材料初始不连续状态的搭接件全寿命估算模型。结果表明,搭接件的疲劳破坏具有一定的隐蔽性,在一定条件下,采用直孔形式、增大孔间距和螺栓预紧力、减小孔直径等都可以改善搭接件的疲劳特性。数值估算结果与试验结果的对比表明,所建寿命模型具有一定的精度,能满足工程需要,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

Prediction of fatigue life in cold expanded Al-alloy 2024-T3 plates used in double shear lap joints

To predict fatigue crack initiation and fatigue crack growth lives in cold expanded double shear lap joints a numerical method has been employed. The total estimated fatigue lives were compared with available experimental fatigue test results for plain hole and cold expanded hole specimens of Al 2024-T3 in double shear lap joints. Three-dimensional finite element simulations have been performed in order to obtain the created residual stresses field due to cold expansion and subsequent far field longitudinal loading in the double shear lap joint. The obtained stress and strain distributions from the finite element analyses were employed to predict stress concentration factors to calculate fatigue crack initiation and fatigue crack growth lives using AFGROW computer code. The predicted fatigue lives demonstrate that there is a good agreement between the proposed method and experimental fatigue test results.     

胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响

通过试验研究了不同胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响,并建立了相应的有限元模型,详细分析胶层厚度和搭接长度对应力分布的影响。结果表明:胶接接头的剪切强度随胶层厚度的增加先升后降,合理的胶层厚度为0.2～0.6mm;胶接接头的剪切强度随搭接长度的增加呈非线性增加,合理的搭接长度为12～16mm;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

双面抛光机上研磨盘振动抑制的半主动控制方法

振动是影响超精密加工质量的关键因素之一,弹簧加压式双面抛光机在抛光过程中的上研磨盘振动现象严重制约了产品的加工精度。为解决这一问题,提出了在弹簧加压装置中加入磁流变阻尼器的方法,通过控制磁流变阻尼器阻尼系数来实现对双面抛光和上研磨盘振动的半主动控制,以达到抑制振动的效果。首先,对改进后的压力加载系统进行了数学建模,得到了抛光过程中上研磨盘的运动方程式;接着,对半主动控制的控制策略进行了设计,得到了其控制算法;最后,在Simulink中对半主动控制策略下的系统进行了仿真分析,并将其仿真结果与未加控制时的系统仿真结果进行了比较分析。比较分析结果表明,所设计的半主动控制方法能够有效抑制双面抛光机上研磨盘的振动现象。     

Experimental and numerical studies of stress/strain characteristics in riveted aircraft lap joints

The fatigue property of riveted lap joint is greatly related to the riveting-induced residual stress, especially the stress distribution on the faying surface. However, an accurate study of the residual stress characteristics in the riveted sheet could be very difficult. In this paper, both numerical and experimental investigations were carried out on the stress/strain characteristics in riveted aircraft lap joints. A special specimen was designed for the test of strain variations on the faying surface of the sheet by microstrain gages. For the numerical simulation, the rivet squeezing process was analyzed using the explicit dynamic finite element (FE) method, whilst a general static FE analysis was employed for the elastic springback after the squeeze force was removed. A comparison of the strain variations between the experimental results and FE simulations shows a general good agreement, although there may be some difference for points measured near the hole surface. The FE analysis reveals that both compressive and tensile residual stresses could be introduced in the riveted sheet. Massive compressive residual stress can be created in the near-surface layer of the hole. However, the stress level is not always increased with increasing the squeeze force, and so is the improvement of fatigue life observed. Further study is still necessary to account for the fatigue life decreasing effect caused by a high squeeze force.

     

整体壁板结构纵向连接接头的应力分布研究

纵向连接接头是影响机身整体壁板结构的安全疲劳寿命的关键部位,因此本文设计了一种适用于机身整体壁板纵向连接的阶梯状两台阶铆接接头结构。文中应用ANSYS软件建立阶梯状两台阶铆接接头结构的三维非线性有限元模型,进行静强度有限元分析,得到接头结构上的精确应力分布,确定各铆钉孔边危险点处的应力集中系数,对接头结构的疲劳性能分析有着重要的参考基础,为纵向连接接头的设计及综合验证提供科学依据。     

变进给量振动钻削微孔的研究

提出了变进给量振动钻削新方法,并分析了其降低微孔钻削入钻位置误差的机理,采用直径为０．２８ｍｍ的高速钢麻花钻对１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ低碳合金结构钢做了对比钻削实验,结果显著降低了微孔的入钻位置误差,验证了这种新方法优良的工艺效果。     

搭接长度对胶接接头工作应力分布影响的数值分析

运用弹塑性有限元法对单搭接金属胶接接头承载后的应力分布特征进行分析，重点研究搭接长度对分别采用酚醛树脂和丙烯酸酯制备的接头应力分布和接头强度的影响。结果表明，胶粘剂的性能对应力分布有较大影响，酚醛树脂胶粘剂制备的接头中胶瘤承担了相当多的载荷，且随搭接长度的增加,von Mises等效应力峰值和剪切应力峰值均趋于向胶层内转移，胶层中各部位的应力亦均有下降；当采用丙烯酸酯胶制备的接头时，胶瘤承载作用并不明显，其应力峰值出现在胶层中被粘物拐角处。