加筋壁板热屈曲试验方法研究

空天飞机的机身和机翼壁板承受热力联合作用,为保证壁板在高温下的稳定性,需要研制金属基合金壁板。对合金壁板性能的试验,主要包括载荷的施加、边界效应的减小、高温环境壁板响应等方面。     

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。     

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。     

典型翼面结构热力协调加载技术

针对某型翼面结构热力联合试验,提出了在热环境中采用托板与拉杆组合方式力载荷施加技术,该技术能够减小力载荷对温度场均匀性的影响。同时,采用带滑轮的加热装置,实现了与翼面变形的随动,满足高温环境下翼面大变形时的加载要求,并在试验中成功应用,为以后热试验设计开拓了新思路。     

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。     

机身壁板复杂载荷解耦方法研究

本文介绍了一种可以将复杂载荷解耦为试验平台可以施加的基准载荷的方法。首先,在机身壁板考核区构造一个原始应变分量与组合载荷应变分量的残差函数,该函数以各基准载荷施加比例为自变量,通过使该函数值的平方和最小,将问题转化为无约束非线性规划问题,然后用fminunc函数求解该问题,最后得到各基准载荷的施加比例,从而可以得到解耦的试验载荷。     

某发动机喷管构件高温载荷测量

T4拉杆是某发动机喷管单元的关键承力部件,高温条件下喷管载荷是否满足要求,是考核喷管单元结构完整性的关键。利用热固耦合有限元方法分析了机械载荷、温度梯度、材料参数对T4拉杆应变的影响规律。利用高温应变计对T4拉杆开展了高温载荷测量台架试验,改进形成了高温应变计粘贴及装机改装工艺流程,推导建立了载荷标定方程扩展方法,建立了包含载荷标定试验、温度修正试验、数据处理方法等在内的高温载荷测量方法。试验表明,不同T4拉杆之间温度—热输出应变变化趋势和数值差异明显;T4拉杆载荷误差最大值为0.27 kN,实测最大拉力为设计载荷的62.1%,最大压力为设计载荷值的58.46%,T4拉杆结构强度设计满足使用需求。     

湿热环境下复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲行为的有限元模拟

制备了CCF300碳纤维/BA9916-II环氧树脂复合材料加筋壁板，研究了该加筋壁板在干态和湿热状态下的压缩行为；建立加筋壁板有限元模型，使用经验公式对湿热环境下的材料参数进行修正，通过模拟分析了不同状态加筋壁板的压缩屈曲与后屈曲行为，并进行了试验验证。结果表明：加筋壁板在干态与吸湿状态下均有较强的后屈曲承载能力；湿热环境会对加筋壁板稳定性与承载能力造成较大负面影响，随吸湿时间延长，其屈曲及破坏载荷均呈先快后慢的下降趋势；模拟得到干态加筋壁板的屈曲载荷和破坏载荷与试验结果的相对误差分别为3.1%和5.2%,吸湿饱和态下的相对误差分别为5.6%和6.9%,误差较小，证明了所采用模拟方法的准确性和所建立有限元模型的合理性。     

30Cr2Ni4MoV钢马氏体相变塑性分析

利用Gleeble-3500型热模拟机,对单轴应力载荷作用下30Cr2Ni4MoV钢马氏体相变过程中的塑性行为进行了实验分析。采用不同的应力加载方案,测试试样在不同载荷作用下的总应变,并对试样的弹性应变、组织应变及热应变进行分离,最终得到相变塑性应变。采用Greenwood-Johnson相变塑性模型得到试验钢种的相变塑性参数K。研究结果表明:马氏体相变塑性应变是30Cr2Ni4MoV钢在热处理过程中发生变形的重要原因,相变塑性应变与参数K随外加载荷的增大而增加。     

典型加筋壁板纯剪切工况有限元模拟

针对典型加筋壁板纯剪切试验夹具,利用Abaqus软件对该纯剪切工况进行模拟,验证夹具设计的合理性。采用一维、二维和三维单元相结合的方式,显著提高计算效率。从壁板承受面内剪力角度分析加筋壁板的整体受力情况。计算结果表明,整体模型von Mises应力呈现中心对称性,壁板芯边界上距加载端较远区域应力分布均匀,满足纯剪切条件;壁板向加筋条的载荷传递效率较低;夹头螺栓附近应力呈现较好的对称分布。     

双光束激光焊钛合金加筋壁板压缩稳定性分析与试验验证

飞机结构中,采用双光束激光焊接技术可以减少重量,降低成本,提高生产效率。机身高温区壁板普遍采用钛合金材料。本文介绍了双光束激光焊技术在机身钛合金壁板上的应用,对双光束激光焊钛合金加筋壁板的压缩稳定性进行了工程计算,并进行了试验验证。得到在长桁方向受压和框方向受压的焊接壁板的载荷—应变曲线,并进行压缩性能对比分析,为机身壁板材料及工艺的选择提供依据。     

连续退火炉炉壳表面热应力测试

在一定的温度场和热应力等物理量作用下，连续退火炉炉壳会产生一定程度的变形，利用高温应变测试分析了炉壳的变形情况。由于工作温度较高，所以需采用高温应变片来组成应变测量电桥。通过电桥把应变转化成为电压信号，这样就实现了应变的测量。本文通过试验获得了炉壳热应力分布情况，并在此基础上分析了炉壳的变形情况和煤气流量对炉壳应力的影响。本文主要涉及高温表面热应变的测试，关键是解决高温环境下应变测量技术。     

螺栓预紧力高温变化试验技术研究

热失配会导致螺栓预紧力在高温环境出现下降,针对这一问题,采用偏心拉伸试验的方法,从侧面测试螺栓预紧力的高温变化趋势,进而评估螺栓在高温环境下保持预紧力的性能。设计了高温合金螺栓连接陶瓷基复材平板的试验件,阐述了相关的试验原理、测试方案,完成了地面试验,并根据试验结果,提出了采用弹簧加载的改进试验方案。     

机身壁板复合加载试验平台研发

介绍了一种用于大型机身壁板复合载荷加载的试验平台,该试验平台能够施加拉伸/压缩、剪切、气密载荷及复合载荷,可进行壁板的静强度或疲劳试验,并且拉-剪比或压-剪比可以是任意比例。通过巧妙的设计,将各载荷加载系统分离,解决了复合加载时,载荷间相互干涉的难题。     

基于真实载荷作用的碾铆夹具的布局优化

铆接目前已广泛应用于航天器制造领域,自动化铆接已经成为该领域的发展方向。碾铆夹具的布局对碾铆的精度及质量有着直接的影响。铆接过程中存在很大且方向循环变化的碾铆载荷,会影响碾铆夹具的稳定性。为此针对某型号芯轴组件进行研究,通过实验及计算得到铆接过程中轴向及径向的真实碾铆载荷。采用ANSYS Workbench仿真芯轴组件在真实载荷作用下的变形量。通过对比不同碾铆夹具布局的最大变形量,确定了最佳的碾铆夹具布局方案,并得到所应施加的夹紧力,为碾铆夹具的设计提供了依据。     

复合材料蜂窝夹芯壁板轴压试验研究

对复合材料蜂窝夹芯壁板在轴压载荷下的承载能力进行了试验研究。试验分别设计了不同蜂窝高度、不同壁板长度及不同边界约束条件的情况,给出了具体的试验实施方案,得到了相关结论,为蜂窝夹芯壁板的设计提供了参考。     

基于DOE方法的装载机械工装液压夹具优化设计

装载机械工装需要特定标准化的加工制造设备,针对其生产过程中的定位和夹紧需求,设计一种采用液压驱动的多向功能的夹具装备,通过对装载机械工装液压夹具的结构力学分析,采用DOE设计方法构建斜置铰杆增力机构式液压夹具,构建了装载机械工装液压夹具性能试验环境,通过设置不同的试验工况参数对液压夹具进行测试验证,实验结果表明,DOE设计方法所设计的装载机械工装液压夹具具有较强的稳定性和可靠性。     

直升机旋翼电加热组件高频热载疲劳试验研究

为探索直升机旋翼桨叶电加热组件在直升机旋翼高频振动复合热载工况下的疲劳寿命、可靠性以及相应的测试方法,在设计完成的地面疲劳试验系统的基础上,研究制定合理的直升机旋翼桨叶工况模拟方案,选用共振法为疲劳试验方法,实现对电加热组件疲劳寿命的快速测试,同时探索模拟件表面应变与振动台加速度之间关系,为在不同动载荷条件下疲劳试验提供应变调节方案。     

壁板结构热屈曲后模态特性试验

高速飞行器在服役期间面临着严酷的气动加热效应,热载荷会引起材料性能变化,会在结构内部产生热应力、热变形及热屈曲,从而改变结构的有效刚度,影响其动力学特性。针对铝合金壁板结构开展热屈曲后模态特性的试验,采用石英灯辐射加热方法模拟气动加热,利用热应变与温度的关系,获得了壁板结构热屈曲临近温度,进而选取屈曲前、屈曲后一系列温度状态开展热模态试验。试验结果表明,模态频率随加热温度的增加先降低,在临近屈曲温度附近达到最低值,热屈曲后随着温度增加又逐渐增加。由于不同阶模态对热载荷的敏感程度不一样,第3阶和第4阶模态在加热过程中发生交换,而模态阻尼随着加热温度的增加呈现增加的趋势。     

复合材料壁板后屈曲分析失效准则的适用性研究

为了筛选用于复合材料加筋壁板后屈曲分析的失效准则,设计了具有较长后屈曲历程的L型加筋条试验件,并对其进行压损破坏试验,同时建立了考虑渐进损伤的有限元模型,计算得到了载荷-应变曲线,屈曲载荷和破坏载荷。计算结果和试验数据吻合良好,预测的失效模式也与试验结果一致,验证了建模方法的有效性。并在有限元分析中分别采用了五种不同的失效准则进行计算,得到了各失效准则对应的破坏载荷和失效模式,表明通过L型加筋条试验和分析结合,可以对各个失效准则的有效性进行验证,避免失效准则选取的随意性,从而为复合材料加筋壁板后屈曲设计分析提供指导。