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。     

复合材料机翼壁板离散源损伤修理技术研究

由于机翼为主承力结构,蒙皮修理主要采用机械连接修理方式,针对民机复合材料机翼下蒙皮壁板结构的离散源损伤开展了修理方案设计、试验验证、有限元分析及改进设计研究。首先,根据损伤类型和下蒙皮壁板的传载特性,设计了机械连接金属补片修理方案,并制造了包括含损伤和损伤修理两类试验件,进行了试验验证,修理后承载能力提高了124%,能够满足一般民机复合材料机翼蒙皮设计许用应变。然后,建立了两类试验件的有限元模型,进行了进一步计算分析,通过对试验数据和计算结果的对比分析发现,原修理方案偏于保守,增加了结构重量成本。最后,经计算分析提出了三种改进的修理设计方案,改进后的修理构型II承载能力相对于原修理方案提高了4.7%,而结构重量降低了3.9%,该修理方法可为今后民机复合材料机翼修理方案的设计提供参考。     

损伤复合材料层板胶接修理的优化设计

针对复合材料单面胶接修理结构建立力学分析模型,并通过试验验证模型的可靠性.利用该模型分析补片参数对胶接修理效果的影响,得到优化设计的补片参数.计算分析和验证试验均表明,补片直径为孔径的2～3倍、厚度为孔深的45%～60%、铺排和母板一致时,修理结构的强度恢复能达到最大值.     

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。     

补片倒角对复合材料胶接修理后承载能力的影响

以圆孔型损伤为例,利用三维有限元模型分析了复合材料层合板的贴补修理,研究了6种不同补片倒角对胶层剪应力和修补结构承载能力的影响。计算结果表明:在其它参数不变的前提下,合理选择补片倒角可降低胶层剪应力的最大值,提高复合材料修理结构的承载能力,对更有效实施复合材料结构贴补修理方案设计具有一定的指导意义。     

碳纤维增强树脂基复合材料的热膨胀行为

采用光纤法对碳纤维增强树脂基复合材料沿纤维方向的热膨胀应变进行测试,然后分别用传统的片状模型和改进模型对复合材料沿纤维方向的热膨胀应变进行了理论计算,将计算结果与测试结果进行对比分析;之后利用改进模型和ABAQUS有限元软件分别计算得到了复合材料沿垂直于纤维方向的热应力,并利用有限元模拟了纤维排布对热应力的影响,得到了热应力的分布。结果表明:随着温度升高,复合材料的热膨胀应变基本呈线性增加,纤维分布集中区域的热应力可达到一般区域的1.5倍以上,应力集中现象产生于纤维与基体的接触处;与片状模型相比,改进模型计算得到的热应变与试验结果更吻合,误差小于10%,证明了改进模型的正确性和所建有限元模型的合理性。     

基于有限元法的飞机蒙皮裂纹加强补片优化设计

胶接增强修复补片的可设计性是胶接技术的优点之一,科学设计飞机结构损伤部位的增强补片是保证修补效果的重要因素。本文利用 ANSYS 软件对飞机2024蒙皮裂纹复合材料增强补片进行三维有限元建模与仿真计算,计算了复合材料单级补片和多级补片边缘胶层最大剪应力,给出了飞机2024蒙皮裂纹单侧修补时的补片优化设计参数。计算表明,用复合材料增强修补铝合金蒙皮裂纹时,补片应设计成多级形式;当补片级数超过5级时,补片边缘的胶层剪应力显著减小,与单级补片相比,其最大剪应力下降了85%。     

飞机光固化复合材料机械疲劳试验设计

传统修理工艺主要采用金属补片对飞机结构损伤进行铆接、焊接或螺接修补,所需工具、设备多,对操作人员要求高,修复时间长。与传统工艺相比,运用复合材料对飞机结构损伤进行光固化修理具有修理时间短、成形性能好、修理增重小等优点,因此,光固化复合材料修理已得到越来越多的接受和青睐。对飞机光固化复合材料修理补片的疲劳寿命测试进行了试验设计,并考核了不同修理工艺(半宽度胶接、全宽度胶接及铆接修理)试样的疲劳寿命,为确定最佳修理工艺提供了试验依据。     

复合材料加筋壁板修理后压缩性能试验研究

由于机翼为主承力结构,蒙皮修理主要采用机械连接修理方式。本文针对民机复合材料机翼上蒙皮壁板结构的离散源损伤开展了修理方案设计、试验验证及分析研究。首先,根据损伤类型和上蒙皮壁板的传载特性,设计了机械连接金属补片修理方案,并制造了包括损伤和损伤修理两类试验件,进行了试验验证,修理后承载能力提高了133%,能够满足一般民机复合材料机翼蒙皮设计许用应变的要求。但该修理方法使得试验件修理区域较原结构刚度偏大,造成试验件修理区域承载高于两侧长桁。另外,修理补片会造成试验件提前出现载荷偏心弯曲。虽然修理补片的刚度和强度还有待进一步优化,但该修理方法依然可为今后民机复合材料机翼修理方案的设计提供参考。     

复合材料修复飞机损伤孔有限元分析

目前,复合材料不仅在飞机结构中得到了大量的应用,而且还应用到飞机受损结构的维修中。本文主要研究复合材料在飞机结构修理中的设计应用。基于有限元方法,在有限元分析软件ANSYS Workbench下,建立飞机复合材料铝合金板胶结修理三维有限元模型,利用复合材料专用模块ANSYS Composite Prep/Post,对复合材料修复的含损伤孔洞的铝合金板的强度、刚度进行数值分析,分析补片长度和厚度对飞机损伤结构修复效果的影响,进而设计出合理的复合材料补片尺寸,使其确保飞机结构安全性的前提下,同时保证了维修的经济性。     

复合材料补片胶接补强修补技术参数分析

本文针对复合材料与金属结构穿透型损伤外贴复合材料补片胶接修补方式 ,采用“双板 -弹簧”有限元修正模型 ,进行了各修补参数 (补片直径、厚度、修补形式以及胶层厚度等 )对修补效率的影响分析。主要结论 :(1)补片直径对修补效率的影响非常小 ;(2 )单面修补取补片厚度为 5 0 %母板厚度 ,双面修补取 80 %是合理的 ;(3)胶层厚度通过影响胶层内最大剪应力大小影响修补效率 ;(4 )修补参数相同情况下 ,被修补结构的尺寸影响修补效率 ;(5 )金属修补与复合材料修补具有相同的曲线规律     

Tribological Behavior of Sheet Metal Forming Process Using Acoustic Emission Characteristics

In this study, acoustic emissions (AE) signal processing using wavelet packet transform technique was used to identify damage mechanisms during sheet metal forming simulation experiments. Current investigation was carried out based on decomposing the recorded AE signals into different wavelet levels. Following decomposition process, the energy distribution criteria were used to characterize dominant components, which are considered to be related to dominant damage mechanisms. Results revealed that the energy of AE signals was distributed dominantly on four components, which can be correlated by 3 specific damage mechanisms occurred during simulation experiments. After comparison with previous works, results were validated by surface observations in order to establish a meaningful relation between dominant wavelet components and surface damage mechanisms.     

某浮空器抓手结构力学性能仿真与试验

浮空器抓手结构对维持囊体在外载荷下的平衡与稳定起关键作用.文中提出了一种基于褶皱仿真的浮空器抓手结构力学性能分析方法.以尾翼梯形抓手为研究对象,建立其有限元模型与主要力学参数.对尾翼抓手在面内拉伸载荷下的变形机理进行了分析.根据梯形抓手的成形特点,分析了结构典型的破坏方式并预测了破坏载荷.开展了抓手结构破坏试验,从膜面变形、破坏位置和破坏载荷方面验证了仿真方法的有效性.文中的分析方法和结果可以为提升现阶段浮空器抓手的设计效率和设计质量提供技术基础.     

抽油机减速器常见故障诊断

抽油机减速器在现场运转过程中,常因外部工作环境和内部一些因素的制约,出现漏油、齿轮损坏、串轴和轴承损坏等现象。这里通过对这些问题的分析和研究,提出了一些处理方案,并运用频谱分析法对减速器振动信号进行监测,判断减速器零部件早期损坏引起的非正常运行,避免减速器的突然失效,为现场修复减速器、寻找故障原因提供理论依据。     

基于改进GTN损伤模型的镁合金镦粗成形损伤及裂纹预测研究

镁合金在成形过程中极易产生开裂，精准的损伤预测可以为塑性成形工艺提供理论支撑。为此，基于含连续介质剪切损伤因子的Gurson-Tvergarrd-Needleman(GTN)损伤模型被应用于预测镁合金成形时的损伤演化，通过压缩试样的力-位移曲线标定了AZ31B镁合金的流动应力和剪切损伤参数，预测并验证了AZ31B镁合金在镦粗工艺下的表面损伤及开裂，扩展了模型对低应力三轴度下的成形工艺损伤预测的适用性。在此基础上，对AZ31B镁合金在受压条件下损伤成因、裂纹扩展进行了分析。结果表明，随着压缩位移的增加，镁合金侧面中心区域的切应力不断增加，在此作用下基体内部孔洞沿非垂直压缩方向伸长、聚合，最终形成宏观裂纹；镦粗后的试样侧面裂纹走向与垂直压缩方向所成角度范围为34°～46°，改进的GTN模型模拟结果为44°～54°，原始GTN模型模拟结果均呈90°；改进后的GTN模型可应用于预测镁合金在轧制、热冲压等工艺下的损伤演化行为，为后续工艺优化奠定基础。     

阀门流固耦合的研究进展

流固耦合现象是指流体与固体相互作用的现象,其具体表现为流体作用于固体,使之变形或位移,同时固体反作用于流体,引起流场的变化。在阀门中,当流固耦合现象达到一定程度时,会对阀门及与阀门相连的多种部件产生损伤,并最终导致阀门工作效率下降乃至失效。为更全面地认识阀门中的流固耦合现象,本文从流固耦合理论、试验方法和数值模拟3方面对国内外阀门流固的研究进行了整理归纳。首先,介绍了阀门产生流固耦合现象的机制;其次,阐释了单场分析与流固耦合分析各自的特点,指出了流固耦合分析的优越性。同时,归纳了不同试验方法及元器件在阀门流固耦合现象研究中的应用。此外,在数值模拟中,按照数据传递方向对单向流固耦合与双向流固耦合进行了介绍;并根据耦合场数,结合阀门研究的相关工作对双场耦合与多场耦合进行了介绍。最后,总结了流固耦合模拟的发展方向。     

基于EMD和BCS的振动信号数据修复方法

为改善振动信号修复效果,引入贝叶斯压缩感知(BCS)理论,并提出一种基于经验模态分解(EMD)的贝叶斯压缩感知修复方法,以解决连续缺失信号修复问题。针对随机缺失信号,根据压缩感知修复原理,利用贝叶斯压缩感知算法进行修复;针对连续缺失信号,先对其进行经验模态分解,对分解得到的所有基本模式分量利用多任务贝叶斯压缩感知算法进行修复,最终将所有修复的基本模式分量累加得到整体信号。利用西储大学公开轴承数据进行修复实验,发现所提方法在时频域指标、误差、信噪比、峰值信噪比等方面均优于正交匹配追踪和正则化正交匹配追踪算法。从修复效果角度验证,发现该方法成功还原了外圈故障信号基本模式分量中的故障特征频率,达到了修复的目的。     

基于RBF神经网络的复杂曲面反求数据修补

复杂曲面反求过程中,原始数据的缺损直接影响3D网格模型逼近目标曲面的精度。介绍了基于RBF神经网络开发的复杂曲面反求数据自动修补系统,应用以Matlab为平台开发的仿真模块对数据修补过程进行了仿真。结合曲面反求设计实例对基于RBF神经网络的数据修补系统进行了实验验证和分析,获得良好的效果。