基于疲劳损伤两段论的复合材料刚度降模型研究

本文在疲劳累积损伤模型和刚度降模型的基础上,根据疲劳损伤的两阶段理论,将复合材料的疲劳损伤划分为两个阶段,并用两种不同的函数分段描述疲劳损伤的过程,建立了疲劳损伤演化两阶段模型。利用试验数据,运用多元函数的最小二乘法,得到了模型中的各个参数的拟合值和层合板的S-N曲线。疲劳损伤演化两阶段模型计算数据与试验结果吻合较好。     

碳纳米管对碳纤维复合材料导电性能的影响

针对在碳纤维表面沿径向生长一定量的碳纳米管后再与树脂基体固化成型为新型纳米复合材料的层合板,采用实验的方法进行对比分析,研究加入碳纳米管后对碳纤维复合材料导电性能所产生的影响。实验主要测量纵向和厚度方向的电导率,重点对比分析类型A(加入碳纳米管)和类型B(不加入碳纳米管)对纵向和厚度方向上的电导率的改善和影响。研究结果表明,加入碳纳米管后会显著提高碳纤维的纵向和厚度方向的电导率,增加幅度约为两个数量级。该实验研究对深入理解和确定纳米复合材料的导电性能和实时损伤监测方面将起到重要作用,为今后的工程应用奠定理论基础。     

基于熵权-TOPSIS方法的民机直接维修成本分配模型

民机直接维修成本分配是飞机研制阶段一项重要的经济性设计环节,本文对民机维修成本的分配方法进行研究。应用熵权-TOPSIS（technique for order preference by similarity to ideal solution）方法确定类似机型设计参数的权重,再利用加权距离计算机型的相似度,建立了一种新的民机直接维修成本分配模型。通过实例分析,文中方法所得结果比功能分解法和函数逼近法更为精确,效果良好。     

基于梳状式电容传感器的滑油磨粒检测方法

航空发动机旋转部件的磨损是影响其寿命的重要因素,而滑油内磨粒的参数能直接反映部件的磨损状态,磨粒监测已是发动机智能诊断的关键技术。提出一种梳状式电容传感器,采用内置多平行板电极结构,分析磨粒检测机理,通过数值模拟分析结构优化方向,确定最佳参数。搭建实验平台进行试验,结果表明,当铁磨粒直径从0.3 mm增至0.9 mm时,电容差值从3 Ff增至17 Ff;当磨粒个数从1增至4时,差值与数量近似成正线性关系,最大增幅在200%～350%左右;电源频率从10 kHz增至100 kHz时,差值降幅在36%～67%。研究表明梳状电容传感器内部电场均匀度较好,利于提高结果一致性与磨粒检出率,可在10 mm管路中检测200μm以上的磨粒,具有较好的区分度,可为航空发动机滑油磨粒监测研究提供技术支持。     

湿热环境下复合材料含孔层合板静力拉伸性能及工程估算模型

湿热环境下的复合材料结构件力学性能预测对其工程应用具有重要意义。文中针对复合材料层合板静力拉伸性能和强度预测问题,开展6种湿热环境下复合材料含孔层合板的静力拉伸试验,分析其结构失效响应及损伤表征。基于应力场强法建立湿热环境下复合材料含孔层合板工程估算模型,与有限元渐进损伤模型和试验结果进行对比,分析了湿热环境对含孔层合板力学性能和拉伸失效的影响。结果表明,工程估算模型预测结果与有限元及试验结果误差范围较小,可用于预测温度和吸湿率对含孔层合板拉伸失效强度的影响;相比于室温干态,75℃吸湿饱和态下试件拉伸失效强度下降了6.1%;25℃干态和75℃吸湿饱和态下含孔层合板0°铺层出现最为严重的纤维拉伸失效,90°铺层出现最为严重的基体拉伸失效,纤维拉伸失效和基体拉伸失效为层合板主要破坏模式;通过扫描电镜对75℃吸湿饱和态下层合板厚度方向微观形貌进行分析,发现试件0°方向纤维与树脂的脱粘程度加重且出现明显的裂痕,90°方向纤维分布较为齐整,但黏附的树脂较少。     

航空发动机单元体送修等级决策方法研究

为对发动机单元体送修等级提供决策支持,在对状态参数与单元体送修等级间的模糊关系进行特征提取的基础上,从性能衰退角度提出通过状态参数组合变化确定单元体送修等级的决策方法。针对现有的数据规则有限的问题,建立模糊综合评价模型,采用BP神经网络训练各参数对不同送修等级的隶属函数,采用熵权法衡量状态参数在单元体送修等级确定中的权重。最后以高压涡轮单元体送修的仿真结果证明了该决策方法的有效性,能够为更多状态参数组合提供一种便捷高效确定送修等级的方法。     

非共线复合型裂纹扩展特性分析

以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。     

湿热环境下含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板振动特性

通过理论推导与有限元仿真,研究了湿热环境下一端固支与四端固支约束含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板的不同分层夹角及分层位置的振动特性。首先基于Mindlin一阶剪切变形理论与Hamilton原理,考虑湿热应力和质量效应,依据湿度与温度的等效性,推导了受湿热环境影响的含分层层合板的湿热本构方程与固有频率表达式。利用有限元软件ABAQUS自带的用户材料子程序（UMAT）接口,编制相应的接口程序,建立了一系列温湿度组合下的分层损伤模型。并将数值结果与文献中试验值进行了验证。算例结果表明:湿热效应下,分层加剧了湿热环境下平面编织层合板各阶固有频率的下降;不同的分层夹角会引起固有频率值的改变,夹角越大固有频率下降幅值越大;湿度对分层层合板振动特性的影响比温度对分层层合板振动特性的影响显著;湿热效应会引起高阶频率向低阶的漂移,加剧局部共振现象;表面分层与中面分层都会引起各阶固有频率值下降,但下降幅值两者之间差别不大。      

基于电阻信号的CFRP纤维断裂识别实验及理论模型

碳纤维是决定CFRP复合材料性能的主要因素之一,因此为保证复合材料结构的健康状态、识别纤维的损伤与断裂就显得至为关键。文中通过加载电流并采集电阻信号的方式来识别CFRP复合材料中碳纤维的健康状态,通过实验和理论分析的方法进行了深入研究。实验针对2种不同铺层的试件进行测量:单向层合板[0]8和正交层合板[0/90]4。对试件端部进行了粘接铜箔处理以使试件稳定导电,使用KEITULEY2700数据采集仪测量试件电阻。实验内容包括静态电阻测量、拉伸受力状态下材料的电阻特性分析,并建立和推导了电阻-应变理论分析模型,进行了通电疲劳实验。研究结果表明,碳纤维的铺层角度对CFRP结构电阻有较大影响,[0]8铺层材料电导率和破坏强度约为[0/90]4铺层材料的2倍;CFRP材料受外载荷作用时,损伤程度与其电阻变化有对应的关系,其电阻信号变化可以作为反映材料损伤情况和识别纤维断裂的主要参数;实验结果与所建立的电阻-应变模型拟合结果吻合较好。文中研究的CFRP纤维断裂识别和航空复合材料结构健康监控及实时监测具有重要的意义。     

基于组合预测法的航空设备故障预测研究

本文针对飞行器健康管理系统故障预测部分,由于单一预测方法往往难于保证应用效果,本文提出基于GM(1,1)和指数平滑法的组合预测方法,采用拟合均方误差确定组合方法的加权系数,取两种方法预测值的加权值作为最终结果。以某航空设备为例,验证了该方法能提高预测系统的综合性能,弥补了单一方法的不足,具有良好的应用效果。