压剪复合载荷作用下的复合材料加筋壁板设计与试验验证

壁板结构作为飞行器重要的组成部分,在积木式验证体系中占比庞大。在飞机服役过程中,壁板结构真实的受力状态一般不会是单一的压缩或剪切,而是复合载荷状态。国内以往受限于复杂载荷边界条件下壁板试验方法及装置的局限性,在飞机设计过程中,常通过盒段试验来进行壁板选型。目前,中国飞机强度研究所自主研发了复杂载荷壁板试验装置。文章在该装置上对复合材料加筋壁板进行了压剪复合载荷试验,基于数字图像相关技术和应变片测量技术结合的方法对试验全过程进行监测,并对试验过程及结果进行了分析。结果表明,加筋壁板在承受复合载荷作用时的破坏模式主要表现为三类：一是在试验件中上部呈典型剪切失效模式,沿试验件剪切加载方向撕裂;二是试验件右下角加强片处由于压缩载荷作用发生断裂;三是在侧边加强片与蒙皮交界处发生大面积裂开,可能与压缩/剪切载荷的复合作用有关。     

机身壁板双向拉伸试验技术研究

为了进行机身壁板的双向拉伸试验,设计了一种曲梁及连接构件将单向载荷分解为双向载荷,在单向拉伸试验机上实现了双向拉伸加载的试验,并用理论分析和验证试验两种手段对试验装置的有效性进行了评估。评估结果表明,试验装置的加载误差满足工程要求。该试验装置简单,可实现多种载荷比加载,疲劳加载频率较快。     

含预制脱粘加筋壁板挖补修理前后压剪性能试验研究

加筋壁板作为飞机复合材料翼面结构中的典型受力构件,在制造、服役和维护过程中不可避免地会产生缺陷或损伤,影响结构的承载能力。本文针对含预制脱粘加筋壁板引入目视勉强可见损伤(BVID),并对缺陷及损伤采取不同的修理方案,结合真实的受载情况,进行了试验研究,对比修理与未修理试验件在压剪复合载荷作用下的应变水平,并对试验件修理后的极限承载能力进行了验证。试验表明,修理前后加筋壁板冲击损伤修理区附近以及预制脱粘修理区附近应变水平变化很小,修理未改变结构的传力路径,试验件破坏载荷为165%设计载荷(未计及环境因子)。本文针对复合材料加筋壁板损伤修理试验研究成果可为今后复合材料加筋壁板修理方案的设计提供参考。     

复合环境试验系统的数据即时通讯方案设计与实现

不同的环境试验系统通常由不同的设计平台设计完成,为了满足温度-加速度复合环境试验中不同载荷之间加载的一致性要求,依托某复合环境试验,研究了温度、离心控制系统之间数据的互联互通方法。结合DDE技术等,设计了数据中转器,实现了基于不同环境载荷加载系统间的数据交互。为了提高数据传输可靠性,设计通讯协议,并给出数据传输流程。设计了功能验证性试验,实现了温度与加速度系统的协同控制,获取了不同加速度条件下的温度场分布特性。试验证明,相关研究结果可为复合环境试验用载荷协同控制提供技术支持。     

机身壁板剪切试验方法研究

机身壁板剪切试验方法研究是飞机结构强度研究的重要内容,基于机身壁板剪切载荷的承力特性,给出了一种新的剪切试验方法。该方法采用"D"夹具和弓形角盒模拟机身圆筒结构,用合页连接"D"夹具和机身壁板组成单闭室盒段,以扭转单闭室盒段的方式施加剪切载荷。设计加工了机身壁板试验件和试验装置,并完成验证试验。验证试验实测应力分布较为合理,且与理论解基本相符,证明该试验方法是正确的和工程可行的。该方法避免设置与机身壁板尺寸相近的过渡段和加载段,减少装配工作量,节约研究成本,并已应用于民用飞机机身壁板剪切稳定性试验。     

高低周疲劳试验预加载三腔液压缸设计

轴类扭转疲劳试验通常需要进行大幅值低周载荷叠加小幅值高周载荷加载,常规的双作用液压缸用于进行高低周复合加载时流量需求较大,文章针对高低周复合疲劳试验,提出了一套三腔预加载液压缸设计方法,能大幅降低高低周复合疲劳试验所需流量,降低试验功耗,节约试验成本。     

叶片高低周复合疲劳试验技术研究

为了验证叶片在高低周复合载荷作用下的疲劳寿命,建立了叶片高低周复合疲劳试验技术。基于圆柱滚子轴承和直线滑轨提出了正交载荷解耦方法,利用外部信号触发方式建立联合载荷协调加载控制技术。以某涵道尾桨风扇叶片为研究对象,开展其在离心载荷/低循环疲劳和气动载荷/高循环疲劳耦合作用下的疲劳试验。试验复合载荷控制精度优于±1%,同步协调加载时间间隔小于0. 3 s。结果表明,提出的高低周复合疲劳试验技术有效地解决了叶片正交载荷解耦和协调加载控制等技术难点。为提高叶片类部件的高低周复合疲劳寿命预测精度提供技术支持。     

高-低加载下载荷幅值对疲劳寿命的影响

对拉剪电阻点焊试样进行了两级加载疲劳试验,试验中,第1组试件的2个载荷水平均在低周范围,第2组试件的一个载荷水平在低周范围,另一个在高周范围。结果表明,对于高-低加载,其存在过载延迟现象,并且在低-中高周疲劳的过程中,存在明显寿命增加的现象。利用线性损伤累积准则,分析了两级加载下的累积损伤规律和载荷幅值差异对于累积损伤的影响。     

机身壁板内压载荷强度试验方法研究

机身壁板内压载荷试验方法研究是飞机结构强度研究的重要内容。按照机身壁板内压载荷试验边界条件模拟的要求,分别对承受内压载荷机身壁板曲边和直边边界条件模拟方法进行了分析,确定了用气密端板模拟机身壁板曲边边界条件和用"D"字形夹具模拟机身壁板直边边界条件的强度试验方法。通过设计生产机身壁板试验件和试验装置,对该试验方法进行了验证试验。试验实测应力分布较为合理,且与理论解基本相符,证明了该方法的正确和有效性,可为承受内压载荷机身壁板结构选型试验提供参考。     

热环境下壁板结构稳定性试验方法初探

对钛合金加筋壁板热环境下的稳定性试验方法开展了研究,在壁板单面受热条件下,对壁板施加压缩或剪切载荷,在热/载联合作用下测试壁板高温应变,考核壁板的稳定性是否满足设计要求。采用石英灯辐射加热模拟了壁板的稳态温度环境,设计了专门的夹具实现了热环境下力载荷的施加,采用数字散斑非接触应变测试系统进行了壁板高温应变的测试。此外,建立了壁板有限元分析模型,进一步分析了热环境、温度场均匀性、连接夹具与试验件的螺栓数量对试验结果的影响规律。本文的研究对高速飞行器高温区结构壁板的稳定性设计提供初步的验证方法。