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飞机壁板复杂载荷试验技术

航空学报 2022年第3期43卷 72-89页

作者：王彬文陈向明邓凡臣柴亚南中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

壁板试验是飞机积木式验证过程中的重要组成部分,但由于壁板结构的复杂受力,在进行壁板性能试验时需综合考虑实际载荷形式与边界约束,而复杂载荷试验技术是模拟飞机壁板结构真实受力与支持状态的重要手段。国内外研究人员和机构开展了... 详细信息

壁板试验是飞机积木式验证过程中的重要组成部分,但由于壁板结构的复杂受力,在进行壁板性能试验时需综合考虑实际载荷形式与边界约束,而复杂载荷试验技术是模拟飞机壁板结构真实受力与支持状态的重要手段。国内外研究人员和机构开展了大量的壁板试验技术和试验装置的研究与研发工作,有效地降低了试验验证成本、缩短了飞机研制周期,有利支撑了飞机结构的设计与验证工作。本文从民用飞机壁板结构受力状态分析出发,分别对国内外飞机壁板复杂载荷试验技术进行了综述和分析,主要包括平直壁板的压剪复合试验技术、曲板剪切/气密及轴向拉/压等复合载荷试验技术,以及联合载荷施加过程中的防耦合、防干涉等问题,同时评述了各类试验装置载荷施加方法及其优缺点,重点对代表壁板试验技术先进水平的三套曲板试验装置进行了分析和评述。最后对飞机壁板复杂载荷试验技术的发展现状做了总结和展望。

关键词：壁板试验复杂边界曲面壁板平直壁板试验装置试验技术

水陆两栖飞机静力试验优化机翼变形的载荷配平

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航空学报 2020年第11期41卷 353-361页

作者：田文朋夏峰宋鹏飞张柁杨鹏飞中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中,在试验允许的常规载荷配平方案下,压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形,影响试验精度,因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构,在构建的机翼... 详细信息

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中,在试验允许的常规载荷配平方案下,压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形,影响试验精度,因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构,在构建的机翼力学模型基础上应用Green函数建立机翼的挠度曲线方程。首次以考核区域边界肋的挠度和转角为优化目标并建立多目标函数,通过层次分析法和极差变换标准化处理方法将其转化为单目标函数后,采用引入交叉和变异因子的改进蚁群算法进行载荷配平方案优化运算。有限元分析及试验结果显示,优化得到的载荷配平方案可以显著地减少机翼变形,配平载荷不影响考核区域的真实变形,证明了该优化方案的正确性和可行性。

关键词：水陆两栖飞机静力试验机翼变形挠度多目标优化

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含离散源损伤的复合材料壁板的剩余强度评估

航空学报 2022年第6期43卷 452-461页

作者：汪厚冰王夏涵林国伟李新祥杨胜春中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

为研究含离散源损伤的碳纤维增强树脂基复合材料曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度,对7长桁4框的复合材料曲面帽形加筋壁板进行了试验和分析。结果表明,与离散源损伤距离超过1个典型长桁间距壁板的蒙皮和长桁在轴压载荷... 详细信息

为研究含离散源损伤的碳纤维增强树脂基复合材料曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度,对7长桁4框的复合材料曲面帽形加筋壁板进行了试验和分析。结果表明,与离散源损伤距离超过1个典型长桁间距壁板的蒙皮和长桁在轴压载荷作用下轴向应变分布较均匀;加载过程中,损伤区附近应力重新分配,降低了应力集中,离散源损伤可简化为圆孔;基于FD判据和经典层压板理论的计算方法能较准确的计算出含离散源损伤的曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度;并针对复合材料曲面帽形加筋壁板的结构特点、应变分布特征及破坏模式提出一种在内压-轴压联合载荷下轴向剩余强度的工程估算方法;计算结果均与试验结果吻合较好。

关键词：离散源损伤复合材料帽形加筋壁板剩余强度联合载荷

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机械连接中钉的轴力和剪切力测量传感器

航空学报 2021年第3期42卷 456-464页

作者：汪厚冰魏景超成李南李新祥赵荣中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

对机械连接中测量钉的轴力的各种测试方法进行总结,对复合材料多钉连接中钉载的多种测试方法进行分析,提出了一种能同时测量钉的轴力和剪切力的传感器。根据钉的受力情况和材料力学理论推导出钉的轴力和剪切力的计算表达式。设计了传感... 详细信息

对机械连接中测量钉的轴力的各种测试方法进行总结,对复合材料多钉连接中钉载的多种测试方法进行分析,提出了一种能同时测量钉的轴力和剪切力的传感器。根据钉的受力情况和材料力学理论推导出钉的轴力和剪切力的计算表达式。设计了传感器的轴力和剪切力的两套测试装置,分别进行了轴力和剪切力的测试试验。对传感器测试结果的载荷-应变曲线的线性度、重复性进行了分析研究。测试结果表明:传感器的载荷-应变曲线具有良好的线性度和重复性,能满足工程上对测量传感器的技术要求。同时通过测试也发现,传感器的安装角对轴力和剪切力的测量结果无影响;安装紧力矩对剪切力的测量结果有影响,但随着外载的增大,影响会逐渐减小。

关键词：钉连接轴力剪切力力传感器试验测试

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空间复杂运动增升结构随动加载技术

航空学报 2022年第6期43卷 499-511页

作者：张柁宋鹏飞尹伟杜星任鹏中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

某工程襟缝翼运动机构疲劳试验采用大后退量、三段式(前襟、主襟、后襟)富勒襟翼结构,翼面运动为平动和转动的空间复合运动形式,具有多段重叠面积大、偏转速率变化大、剖面轨迹差异大等特点,使翼面运动过程中始终垂直于翼面的交变载荷... 详细信息

某工程襟缝翼运动机构疲劳试验采用大后退量、三段式(前襟、主襟、后襟)富勒襟翼结构,翼面运动为平动和转动的空间复合运动形式,具有多段重叠面积大、偏转速率变化大、剖面轨迹差异大等特点,使翼面运动过程中始终垂直于翼面的交变载荷同步精准施加面临巨大挑战。因此,首次研发了一套空间复杂运动增升结构随动加载系统,包括翼面偏转、随动机构及协调加载等多套控制系统,涉及角度、位移、载荷、速度等多个控制参量,通过多系统多参量耦合同步控制技术,实现了翼面偏转自主控制及翼面交变载荷精准施加,保证了翼面加载点作动筒方向、载荷、翼面偏转角度实时协调同步,确保了翼面偏转全过程随动加载。测试结果显示:翼面运动过程载荷动态误差小于3%,此随动加载系统是可行、有效的。

关键词：运动机构可动翼面随动加载同步加载耦合控制

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复合材料层合板剪切稳定性试验及强度预测

复合材料学报 2023年第3期40卷 1707-1717页

作者：杨钧超陈向明邹鹏王喆中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

对无损伤及含冲击损伤的复合材料层合板进行了剪切稳定性试验,基于数字图像相关方法(Digital image correlation,DIC)对层合板屈曲后屈曲行为进行了实时测量。试验结果表明:引入冲击损伤后,复合材料层合板剪切屈曲波形、屈曲载荷无明显... 详细信息

对无损伤及含冲击损伤的复合材料层合板进行了剪切稳定性试验,基于数字图像相关方法(Digital image correlation,DIC)对层合板屈曲后屈曲行为进行了实时测量。试验结果表明:引入冲击损伤后,复合材料层合板剪切屈曲波形、屈曲载荷无明显变化,失效模式转变,承载能力下降了9.69%。随后,基于断裂面失效理论,建立了考虑剪切非线性效应的复合材料渐进损伤失效模型,并对复合材料层合板剪切失效过程进行了模拟。模型采用软化夹杂法将冲击损伤等效简化,直接将损伤区的几何边界信息写入材料模型中,不需要对冲击损伤区进行切割,从而保证了整体网格质量。与试验结果对比发现:模型考虑剪切非线性对屈曲载荷预测无明显影响,对后屈曲承载能力的预测精度影响较大,不考虑剪切非线性效应时的误差可达20%以上;软化夹杂法可以有效地模拟冲击损伤,预测的含冲击损伤的复合材料层合板的屈曲载荷、破坏载荷误差分别为-3.17%、-1.27%。

关键词：复合材料层合板冲击损伤数字图像相关方法剪切非线性屈曲后屈曲

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全尺寸复合材料机身筒段静力/疲劳试验技术

航空学报 2022年第6期43卷 408-417页

作者：郭琼刘玮裴连杰郭俊豪中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

全尺寸复合材料机身筒段静力/疲劳试验是国内首次规划的全复材大部件试验,为顺利完成试验并积累相关技术经验,介绍了现有民机及大型运输机静力/疲劳试验技术现状,研究并应用了全复材大直径大载荷机身特殊边界模拟、撑杆-差动组合静定约... 详细信息

全尺寸复合材料机身筒段静力/疲劳试验是国内首次规划的全复材大部件试验,为顺利完成试验并积累相关技术经验,介绍了现有民机及大型运输机静力/疲劳试验技术现状,研究并应用了全复材大直径大载荷机身特殊边界模拟、撑杆-差动组合静定约束系统、静力/疲劳试验一体化加载系统技术。这些新技术在试验中的成功应用加快了试验实施速度、提升了试验安全性和可靠性。试验结果表明,各项技术安全、可靠、有效,达到了试验要求和预期目标,形成了一套完整有效的全尺寸复合材料机身筒段大部件试验技术,为宽体客机机身复合材料的应用奠定了良好的基础。

关键词：复合材料机身静力/疲劳试验边界模拟静定约束系统一体化加载系统

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大型水陆两栖飞机起落架强度试验技术

西安交通大学学报 2020年第7期54卷 9-16,157页

作者：王彬文董登科陈莉谢宇航中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

针对大型水陆两栖飞机起落架的超静定连接及高支柱结构所带来的试验问题,基于刚度等效理论采用数值仿真方法分别对起落架与机身连接和与试验装置连接模型进行分析,通过调整试验装置结构形式、尺寸及厚度等,实现起落架装置连接模型对机... 详细信息

针对大型水陆两栖飞机起落架的超静定连接及高支柱结构所带来的试验问题,基于刚度等效理论采用数值仿真方法分别对起落架与机身连接和与试验装置连接模型进行分析,通过调整试验装置结构形式、尺寸及厚度等,实现起落架装置连接模型对机身连接模型在变形主方向位移的模拟;基于数值仿真的力学边界条件模拟,计算主起落架轮轴中心点在最大载荷时的位移,预先调整加载点安装位置以保证最大载荷时的加载精度。试验结果表明,在机尾下沉着陆最大回弹载荷内外轮分配比例为6∶4的工况下,轮轴中心点主变形方向的位移基本相同,两种连接方式各向载荷最大误差在7%左右。研制了集模块化、多功能和通用性于一体的机身刚度模拟自平衡试验装置,满足了主起落架8种工况的静强度试验需求,可为其他型号起落架试验提供参考。

关键词：水陆两栖飞机高支柱超静定起落架静强度试验

基于Lamb波和Hilbert变换的复合材料T型加筋损伤监测

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复合材料学报 2014年第3期31卷 818-823页

作者：刘国强孙侠生肖迎春李明白生宝中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

为了监测整体成型复合材料结构的损伤,提出了一种基于Lamb波和Hilbert变换的能量损伤指数。首先,通过应用Hilbert变换提取Lamb波信号的波形包络;然后选取具有最大峰值的波包,将此波包在结构出现损伤后的能量变化值与损伤前的能量之比作... 详细信息

为了监测整体成型复合材料结构的损伤,提出了一种基于Lamb波和Hilbert变换的能量损伤指数。首先,通过应用Hilbert变换提取Lamb波信号的波形包络;然后选取具有最大峰值的波包,将此波包在结构出现损伤后的能量变化值与损伤前的能量之比作为损伤指示;该方法不需要选择特定的Lamb波模式,克服了Lamb波在复合材料结构中存在的频散、多模式及模式转换给信号分析带来的困难;最后在复合材料T型加筋的损伤演化试验中,对该能量损伤指数进行了应用验证研究。研究结果表明:该能量损伤指数可以用于复合材料T型加筋的损伤监测,当能量损伤指数(EDI)值达到0.62时,所研究的复合材料T型加筋确定有损伤产生。

关键词： Lamb波复合材料 Hilbert变换损伤指数结构健康监测