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耳片结构裂纹萌生寿命及扩展仿真与实验研究

耳片结构裂纹萌生寿命及扩展仿真与实验研究

作者：孟妍南京航空航天大学

学位级别：硕士

在航天航空系统中,耳片结构是连接机翼和机身、发动机和发动机吊架、襟翼与机翼等的重要连接结构,其安全性和可维护性至关重要。而在使用过程中,耳片结构承受循环载荷并且所有载荷都通过耳孔与销钉连接传递,在循环载荷作用下,耳片结构... 详细信息

在航天航空系统中,耳片结构是连接机翼和机身、发动机和发动机吊架、襟翼与机翼等的重要连接结构,其安全性和可维护性至关重要。而在使用过程中,耳片结构承受循环载荷并且所有载荷都通过耳孔与销钉连接传递,在循环载荷作用下,耳片结构应力集中位置很可能会存在裂纹萌生及扩展问题,所以耳片结构被认为是飞行器结构中最关键的断裂部件。因此研究耳片结构的疲劳裂纹萌生和扩展具有十分重要的工程意义。本文针对耳片结构,研究了其裂纹萌生寿命与扩展的仿真方法,并开展了耳片结构疲劳实验研究。本文主要内容和创新工作如下:1.梳理了裂纹萌生与扩展仿真方法,通过对比研究,确定了耳片结构裂纹萌生寿命及扩展的仿真方法。同时阐述了仿真方法的整体架构以及需要考虑的基本问题,给出了具体的仿真详细说明;2.提出了耳片结构有限元模型修正方法,建立了耳片有限元模型并对其进行修正,通过静力实验应变数据,验证了耳片结构有限元模型的正确性;3.开展了耳片结构疲劳实验,通过对比耳片结构裂纹萌生寿命的实验结果及仿真结果,验证了耳片结构裂纹萌生寿命仿真计算方法的正确性。通过对比耳片结构裂纹扩展尺寸与承受载荷循环数关系的实验结果与仿真结果,验证了耳片结构裂纹扩展过程仿真的正确性。

关键词：耳片结构裂纹萌生裂纹扩展数值仿真有限元模型

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民用飞机耳片结构参数化设计方法研究

航空工程进展 2022年第2期13卷 122-128页

作者：马大卫上海飞机设计研究院飞机结构强度工程技术所上海201210

耳片/螺栓类结构在现代民用飞机结构设计中应用广泛,其常规正向设计思路为结构设计在先,强度分析在后,存在迭代计算繁冗,耗时长且人为计算易出错等问题。以逆向设计为指导思想,以铝合金(7075-T6)耳片为例,建立耳片典型承载能力、耳片性... 详细信息

耳片/螺栓类结构在现代民用飞机结构设计中应用广泛,其常规正向设计思路为结构设计在先,强度分析在后,存在迭代计算繁冗,耗时长且人为计算易出错等问题。以逆向设计为指导思想,以铝合金(7075-T6)耳片为例,建立耳片典型承载能力、耳片性能参数与耳片结构参数之间的关联方程;通过设计变量法,给出一套参数化设计方法,并通过MATLAB开发可视化程序进行实例求解。结果表明:参数化设计方法可以实现以需求—结果模式为导向的耳片自动化设计,得到了满意的设计结果,在给定耳片受载条件及目标需求的情况下,能够实现耳片相关参数的迅速求解,大幅提高设计效率。

关键词：耳片结构铝合金设计变量参数化自动化设计

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飞机典型接头破坏试验与有限元分析

计算机辅助工程 2024年第1期33卷 19-22页

作者：田宇常亮张国凡中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

为对某型飞机副翼典型耳片接头进行强度校核,采用Johnson-Cook塑性本构模型开展有限元非线性破坏分析,计算接头破坏载荷及其破坏模式,并与试验结果进行对比验证。分析结果与试验结果相对误差在5%以内,破坏模式与试验完全一致,验证方法... 详细信息

为对某型飞机副翼典型耳片接头进行强度校核,采用Johnson-Cook塑性本构模型开展有限元非线性破坏分析,计算接头破坏载荷及其破坏模式,并与试验结果进行对比验证。分析结果与试验结果相对误差在5%以内,破坏模式与试验完全一致,验证方法的准确性与有效性。

关键词：翼-身接头耳片结构非线性分析 Johnson-Cook塑性本构模型

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单双耳销轴连接结构承载能力有限元分析

飞行器强度研究 2024年第2期 37-41页

作者：田宇常亮聂小华中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

针对单双耳销轴连接结构进行有限元非线性破坏分析,采用Johnson-Cook塑性本构模型分析了接头破坏载荷以及破坏模式,并与试验结果进行了对比验证。破坏载荷分析结果与试验结果相对误差在5%以内,且破坏模式与试验完全一致,验证了方法的准... 详细信息

针对单双耳销轴连接结构进行有限元非线性破坏分析,采用Johnson-Cook塑性本构模型分析了接头破坏载荷以及破坏模式,并与试验结果进行了对比验证。破坏载荷分析结果与试验结果相对误差在5%以内,且破坏模式与试验完全一致,验证了方法的准确性与有效性。

关键词：耳片结构非线性分析 Johnson-cook塑性本构模型

随机载荷谱下基于声发射的耳片接头疲劳裂纹识别方法

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航空学报 2021年第5期42卷 359-368页

作者：祁小凤杨宇康卫平王倩中国飞机强度研究所智能结构与健康管理技术研究室西安710065

作为航空结构中传递集中载荷的关键部件,耳片接头的失效将会带来灾难性的后果,因此需要通过疲劳试验来验证其是否满足设计要求。声发射(AE)作为一种在线监测手段,能够及时捕捉接头裂纹萌生扩展进程,提升试验质量。然而,在随机载荷谱下,... 详细信息

作为航空结构中传递集中载荷的关键部件,耳片接头的失效将会带来灾难性的后果,因此需要通过疲劳试验来验证其是否满足设计要求。声发射(AE)作为一种在线监测手段,能够及时捕捉接头裂纹萌生扩展进程,提升试验质量。然而,在随机载荷谱下,会产生大量极其复杂且毫无规律的声发射信号,致使传统的基于特征提取及参数滤波的声发射数据分析方法难以发挥作用,无法有效识别接头裂纹的萌生。因此,本文提出了一种随机载荷谱下疲劳裂纹的声发射识别方法,该方法利用随机载荷谱的分布特点,通过分析不同载荷谱块下相同循环时段所对应的声发射信号表象差异来发现、锁定异常,并结合定位分析与干扰排除分析,确定裂纹的发生时间及位置。通过疲劳试验,该方法的有效性得到了证实,因而可为随机载荷谱下的相关航空结构试验提供参考。

关键词：声发射疲劳试验损伤无损检测耳片结构随机载荷谱

基于载荷共享理论的多传力路径耳片可靠性研究

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航空学报 2023年第20期44卷 258-269页

作者：冯蕴雯唐家强冯成慧陈先民薛小锋西北工业大学航空学院西安710072 航空工业第一飞机设计研究院结构设计研究所西安710089 中国飞机强度研究所西安710065 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

飞机结构检查周期的制定需要保证结构在服役期间具有一定的可靠性,但多传力路径耳片结构中各层耳片的失效存在相关性,传统的并联系统可靠性分析方法已经不适用于该结构的可靠性分析。为解决这一问题,基于载荷共享并联系统提出了一种多... 详细信息

飞机结构检查周期的制定需要保证结构在服役期间具有一定的可靠性,但多传力路径耳片结构中各层耳片的失效存在相关性,传统的并联系统可靠性分析方法已经不适用于该结构的可靠性分析。为解决这一问题,基于载荷共享并联系统提出了一种多传力路径耳片结构的可靠性建模方法。首先,基于载荷共享并联系统的基础理论和耳片设计准则,确定了多传力路径耳片结构的载荷共享原则和寿命等效原则;在此基础上,应用条件概率和全概率公式对任意三传力路径耳片结构进行可靠性建模,并应用于结构检查周期的校核;最后,以某型飞机的“铝-钛-铝”复合连接的耳片结构为例进行了应用分析,验证了方法的适用性和有效性。结果表明:相比传统的并联系统可靠性模型和基于对数正态分布模型的可靠性分析方法,所提方法能够很好地反映多层耳片间的相关失效,更符合多传力路径耳片结构的失效特性,从而为多传力路径耳片结构的可靠性分析提供了一种新的方法,可用于检查周期的校核和优化。

关键词：耳片结构多传力路径破损安全并联系统载荷共享可靠性

基于材料R曲线的耳片接头疲劳裂纹扩展寿命预测方法

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航空材料学报 2013年第6期33卷 76-80页

作者：伍黎明何宇廷张海威张腾空军工程大学航空航天工程学院西安710038

基于材料裂纹扩展阻力曲线(R曲线)及裂纹扩展能量释放率理论,定义疲劳载荷下的有效能量释放率(G eff)为疲劳裂纹完全张开后用于裂纹扩展的能量,与同一载荷循环中由裂纹扩展阻力曲线表征的消耗能相等,提出了一种能够反映裂纹扩展物理本... 详细信息

基于材料裂纹扩展阻力曲线(R曲线)及裂纹扩展能量释放率理论,定义疲劳载荷下的有效能量释放率(G eff)为疲劳裂纹完全张开后用于裂纹扩展的能量,与同一载荷循环中由裂纹扩展阻力曲线表征的消耗能相等,提出了一种能够反映裂纹扩展物理本质的疲劳裂纹扩展寿命预测模型。该模型可以计算每一载荷循环中的裂纹扩展量,进而预测疲劳裂纹扩展寿命。通过试验测定了7050-T7451铝合金板材的R曲线,采用最小二乘法拟合获得到了R曲线表达式。运用本模型对同种材料耳片结构的裂纹扩展寿命进行了预测,与试验结果吻合较好,优于传统Paris模型的预测结果。

关键词：疲劳裂纹扩展 R曲线能量释放率耳片结构损伤容限