含离散源损伤复合材料加筋板剩余强度及其修理技术研究

飞机复合材料结构在使用过程中难免遭受离散源损伤,这种损伤会严重降低结构的承载能力。针对含穿透性切口的复合材料加筋板,采用试验和数值分析方法研究其拉伸载荷作用下的剩余强度,并根据设计应变设计了金属补片机械连接修理方案,提出了一种评估复合材料机械连接修理结构剩余强度的数值分析方法。分析方法以有限元模拟为主,用壳元模拟层压板,用梁元模拟紧固件,用多点约束模拟紧固件与孔的接触,用0°层点应力准则预估复合材料破坏载荷。通过试验验证了评估方法,得到了修理结构强度恢复率。本文的研究对于飞机复合材料结构修理技术研究有一定的借鉴意义。     

静力拉伸载荷下复合材料单向板刚度衰减规律研究

复合材料单向板在静力拉伸载荷作用下产生损伤后刚度会衰减下降。通过分析单向板静力拉伸破坏过程,研究了纵向、横向及剪切向应力分量对材料刚度衰减的影响,建立了考虑载荷大小和铺角变化的刚度渐进退化模型。为验证模型的合理性,对一系列不同铺角的T700/YPX3001复合材料单向板进行了静力拉伸试验,并且基于所提出的模型采用数值仿真方法模拟复合材料单向板在静力拉伸载荷作用下的损伤过程,数值仿真结果与试验结果相吻合。     

损伤复合材料胶接修理后承载能力的有限元分析

对复合材料损伤构件进行胶接修理,在MTS试验机上进行拉伸试验,记录不同修理方式下,修理构件能够承受的最大载荷;用Abaqus有限元软件对修理后构件进行强度仿真,计算损伤修理构件的最大承载能力,并与试验数据进行对比。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,误差小于10%,证明有限元模型的建立及计算方法符合工程实际要求;最佳的修补参数为复合材料修理补片纤维方向与母板纤维方向成0°/90°,补片大小为损伤面积的2～3倍,补片厚度为损伤深度的0.6～0.75倍。     

真空辅助湿法斜接型挖补修理后层合板拉伸性能研究

对真空辅助玻璃纤维增强复合材料斜接型挖补修理后结构进行了拉伸强度试验研究,获得了修理后结构最终破坏模式。分别建立了挖补修理结构中母板与补片三维有限元模型,采用了各向异性连续损伤力学模型模拟了母板与补片复合材料单向带失效模式,假定母板与补片通过黏性力接触,在真空辅助湿法挖补修理形成的无厚度二次固化界面处定义了接触面, 采用指数型软化cohesive模型模拟了界面接触属性。试验结果与数值模拟结果吻合较好,表明所采用的模型能很好地预测整个修理结构的拉伸性能。分析了整个拉伸过程中层合板斜接挖补修理结构的损伤破坏过程,发现了附加补片引起的应力集中是造成母板中薄弱层过早损伤的原因。讨论了不同斜接挖补角度对修理后结构强度的影响,结论可以引导工艺人员制订合理的修补方案。     

基于Tsai-Wu准则的复合材料补强板优化设计

由于复合材料具有优良的抗疲劳性、耐腐蚀性和高比强度等优点,现代直升机机体中大量采用复合材料结构。科学合理地设计复合材料补强板能够有效提高机体结构的剩余强度,对直升机机体设计与修理工作具有重要意义。以三维Tsai-Wu破坏准则为依据,通过建立有限元模型并应用ANSYS软件,对铝合金含裂纹板件胶接修补模型进行了三维有限元建模与仿真计算。结果表明,含裂纹铝合金板通过复合材料补强修补后,能大大提高结构的破坏载荷,且当复合材料补强板与基板的刚度比为1.4~1.8时,补强结构破坏载荷最大。     

胶层脱粘对金属胶接修理后剩余强度的影响研究

本文主要研究了胶层脱粘对金属平板复合材料补片胶接修理后拉伸剩余强度的影响。首先根据补片下方剪应力分布解析公式,将胶接修理区域划分为脱粘安全区和脱粘影响区,然后进行了金属平板结构胶接修理的剩余强度试验以研究胶层脱粘的影响,并验证理论分析结果。结果表明:在脱粘安全区内,胶层自身不参与承载,胶层脱粘对金属平板结构的拉伸剩余强度没有影响;而在脱粘影响区内,出现的胶层脱粘会对金属平板结构的拉伸剩余强度产生影响。     

受载复合材料曲板结构的失效特征研究

为研究飞机复合材料曲板的失效过程与失效模式,对一组复合材料弯角试验件进行了准静态拉伸试验.同时基于ABAQUS软件及其USDFLD子程序,考虑复合材料的渐进损伤特征,建立了受载曲板的有限元模型,分析弯角区的应力分布特征.研究发现：数值仿真能够较准确的模拟弯角结构的受载过程,模拟结果与试验结果吻合较好;结构受载过程中,在弯角区域发生分层破坏,随着载荷的增大,分层沿着周向和径向都有扩展;随着外加载荷的增大,弯角区域的最大法向应力的位置逐渐移向加载端.     

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。     

损伤复合材料层板胶接修理强度分析

对于飞行器复合材料结构在制造和服役中产生的缺陷损伤,一种常用的外场临时修理方法是在受损结构的外表面胶接复合材料补片来进行补强。本文采用“双板—弹簧元”和“三板—弹簧元”修正有限元模型分别对层合板的穿透型损伤和半穿透型损伤的临时修理进行强度分析,并进行了相关的强度试验验证。根据计算和试验结果对补片直径、厚度等修理参数对修理效果的影响进行了分析,并提出了合理选择修理参数的一般原则。     

铺层结构对CFRP准各向同性板损伤破坏的影响

研究铺层结构对CFRP(Carbon fiber reinforced plastics)准各向同性板损伤破坏和最终失效强度的影响，对几种不同的CFRP层合板进行拉伸试验，观察其损伤形态，并测定最终抗拉强度。利用有限元程序对完整结构以及带裂纹结构进行数值分析，讨论铺层结构、应力的数值分析结果以及损伤破坏之间的对应关系。     

关于自由度的计算

关于自由度的计算,已经引起了世界上许多学者的注意。本文提出了“根据机械系统的闭合特点,割断机架分析末杆运动,在同一瞬间把末杆与机架焊接,重新形成原机械系统”的理论,来计算机械系统（包括机构、结构）的自由度。本文阐明了机械系统中的静不定次数和自由度数的内在联系;为判断机械系统能否实现有限位移提供了必要性判据,同时为判定机械系统是否能作为结构提供了充分性判据;揭示了静不定和自由度的物理意义;严格地说明了把机构分成六个族是错误的,机构分族的观点是毫无意义的。根据上述理论,我们导出了闭合数计算公式、自由度数计算公司以及静不定次数计算公式。用这些公式可以毫无例外地按机械系统（包括机构、结构）的构造,正确地计算出它的自由度数和静不定次数。     

RV减速器针摆传动啮合特性分析

在分析RV减速器的传动原理和结构特点的基础上,从系统角度出发,考虑RV减速器两级传动系统耦合变形、摆线轮轮辐结构以及轴承刚度,建立了RV减速器啮合特性分析模型。对RV减速器针摆传动啮合特性进行了仿真分析,具体讨论了摆线轮轮缘厚度、修形量以及载荷大小对啮合特性的影响规律。同时根据所建立的分析模型对RV减速器的扭转刚度进行了分析。最后通过对RV减速器进行了针齿壳齿根压应力实验测试以及扭转刚度实验测试,验证了仿真分析的正确性。     

球开蜗杆砂轮的磨齿原理及其球基螺旋面参数

提出用球开蜗杆砂轮连续分度展成磨削内齿轮的概念,阐述了其磨齿原理.建立了砂轮的球基渐开螺旋面议程和分度球面螺旋线方程,给出螺旋运动参数,螺旋线导程,螺旋升角的定义及计算式.     

CONSIDERATION OF THE FORM OF THE UNDEFORMED SECTION OF CUT IN THE CALCULATION OF MACHINING FORCES

For the calculation of machining forces in turning processes, the empirical equation of Victor and Kienzle has been established as a common model. However, the model has some constraints. The undeformed chip thickness has to be higher than 0.1 mm and the ratio of undeformed chip width and undeformed chip thickness has to be higher than four. This means that the equation cannot be used for several combinations of process parameters. This paper shows an approach to calculate the machining forces for any form of undeformed sections of cut based on the approach of Victor and Kienzle. In order to achieve this, the undeformed chip thickness and the undeformed chip width are defined in a new way. Furthermore, the direction of chip flow is considered to determine the feed and passive force components.     

球形滚刀的理论研究

对球面螺旋面进行深入的理论研究。给出了球面螺旋线导程、螺旋运动参数、球面螺旋升角的定义及新公式。建立了球形滚刀各螺旋面方程、刃口方程及侧后角计算等一整套新公式,可作为设计制造滚刀时的参考,总结出球形滚刀存在的有理论误差及减少误差的方法。最后给出了设计实例。     

车辆主要噪声源识别方法的研究

描述了车辆车外主要噪声源的两种常用识别方法即声强法和声压法,给出了小客车车外噪声源的声强法和声压法的对比识别结果。这两种方法对比识别结果表明：在声源愈单一的情况下,声强法与声压法识别结果的相差愈小;在声源愈复杂的情况下,声强法与声压法识别结果相差愈大。     

圆管凸缘整体成形技术的研究

对圆管凸缘一步及多步整体成形工艺进行了研究,采用有限元数值模拟方法分析了圆管坯料尺寸、摩擦等因素对成形过程中金属流动的影响及缺陷产生的原因。给出了2种内径、3种壁厚情况下,成形凸缘宽度－极限摩擦因数关系曲线,提出了圆管镦锻凸缘成形极限图的概念。并依据数值模拟结果进行了圆管镦锻凸缘一步整体成形试验,试验结果显示所成形的圆管凸缘符合数值模拟预测的结果,说明所提出的成形极限概念对圆管凸缘整体成形技术有指导意义。     

轮轨滚动接触疲劳现象分析

论述轮轨滚动接触疲劳破坏的几种典型现象，定性地分析它们的起因和发展过程。介绍我国部分铁路现场轮轨接触表面的疲劳破坏调查情况，给出由非赫兹滚动接触理论分析计算的我国铁路轮轨接触表面作用力分布情况。计算结果表明我国铁路轮轨接触表面疲劳现象如此严重的主要原因之一是轮轨型面不配匹和轨底坡设置不合理。并论述该领域今后的进一步研究方向。     

五足步行机器人步态研究

将五足步行机规则步态分为奇异和非奇异两大类型,对步态各类数、负荷因子取值范围、稳定行走条件以及稳定裕度求算进行了分析,所得结论对于指导五足机的机构和实用步态设计有重要理论意义。     

技术创新的源泉--知识的条件性

人类文明和科技进步源于创新。创新的内涵源于知识的拓新,而知识拓新又源于知识本身的特征──条件性。自觉地还是自发地运用知识的条件性,具有很大的效果差异。自觉地认识知识的条件性并转化为方法,可加快和顺利地开拓创造性思维,把难题化解,并进行物化,以获得新成果。