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航空工程进展 2024年第3期15卷 13-26页

作者：樊俊铃张伟宁宁詹绍正杨鹏飞贾文博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

随着陶瓷基复合材料在先进航空发动机热端部件中的推广应用,对其在工艺研发、制备加工、试验考核以及使用服役等阶段形成的缺陷/损伤进行高效准确的无损表征尤为重要。由于陶瓷基复合材料复杂的制备成型工艺及多相复合引起的高度非均质... 详细信息

随着陶瓷基复合材料在先进航空发动机热端部件中的推广应用,对其在工艺研发、制备加工、试验考核以及使用服役等阶段形成的缺陷/损伤进行高效准确的无损表征尤为重要。由于陶瓷基复合材料复杂的制备成型工艺及多相复合引起的高度非均质和各向异性,导致传统基于整体均质化假设的无损检测技术面临诸多挑战。本文结合陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用情况,分析了其在制备、加工及服役等阶段的典型缺陷/损伤类型及特征,重点回顾了近年来陶瓷基复合材料无损表征技术的研究进展及应用情况,总结了现有无损表征技术面临的主要挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：航空发动机热端部件陶瓷基复合材料无损表征研究进展

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考虑磨损演化的铰链式襟翼机构动力学仿真研究

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西北工业大学学报 2024年第2期42卷 222-231页

作者：冯蕴雯唐家强薛小锋李帅陈先民西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国飞机强度研究所陕西西安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陕西西安710065

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二... 详细信息

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二乘法的动力学建模方法。根据襟翼翼面的连接特点利用C-B法对其进行柔性化,并采用RBE2单元建立刚柔耦合动力学模型。联合UAMP、DISP、UMESHMOTION子程序进行磨损演化仿真,获取铰链轴承的非均匀磨损数据,同时通过最小二乘拟合建立磨损深度和襟翼偏角角度以及摩擦因数的映射关系。将该映射关系以铰链轴承中心点的偏移量和轴承摩擦因数的方式更新刚柔耦合动力学模型,以获取在磨损影响下的襟翼机构动力学响应,验证了方法的适用性和有效性。结果表明,随着磨损的进行,襟翼内外侧轴承转轴同轴度逐渐降低,内外侧驱动力矩随之增加,增加幅度最大为15.08%。该方法可为襟翼机构的设计及轴承选型提供一定支持。

关键词：襟翼机构动力学刚柔耦合磨损演化最小二乘

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典型服役热环境下舵面结构动力学特性试验技术

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科学技术与工程 2024年第24期24卷 10545-10551页

作者：何石田敏白春玉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

高超声速飞行器高速飞行过程会遭受严重的气动力叠加热载荷的复杂载荷联合作用,尤其是舵面结构,其在复杂载荷下的结构动力学特性是影响装备服役安全及可靠飞行的关键因素,通过试验进行验证和评估是一种有效的研究手段。舵面结构典型服... 详细信息

高超声速飞行器高速飞行过程会遭受严重的气动力叠加热载荷的复杂载荷联合作用,尤其是舵面结构,其在复杂载荷下的结构动力学特性是影响装备服役安全及可靠飞行的关键因素,通过试验进行验证和评估是一种有效的研究手段。舵面结构典型服役工况下表面温度高,迎风面与背风面气动热温差往往达到数百摄氏度,需要在试验中进行精确模拟。以C/SiC舵面结构为研究对象,设计并搭建了瞬态热环境下结构动力学特性试验系统,构建了一种加载温度高、迎风面与背风面温差大的典型服役热载荷环境,开展了舵面结构在该环境下的动力学特性试验研究,获取了结构的动力学特性变化规律。研究成果为典型服役热环境对现代高超声速飞行器舵面结构的动力学特性影响研究提供了重要验证手段。

关键词：高超声速飞行器典型服役热环境舵面结构动力学特性

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机翼部段静力试验优化设计方法

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航空学报 2023年第18期44卷 174-185页

作者：王彬郑建军刘玮王孟孟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 西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

飞机结构部段结构静力试验是验证结构承载能力、有限元模型等设计指标的重要手段。部段试验相比全机试验规模较小,但需要解决边界分离面刚度匹配、支持模拟、加载模拟等技术难题,保证结构考核精度不受影响。某型飞机机翼为联翼式桁架布... 详细信息

飞机结构部段结构静力试验是验证结构承载能力、有限元模型等设计指标的重要手段。部段试验相比全机试验规模较小,但需要解决边界分离面刚度匹配、支持模拟、加载模拟等技术难题,保证结构考核精度不受影响。某型飞机机翼为联翼式桁架布局,取中间一段机翼进行静力试验,需要解决多分离面优化设计,气动惯性载荷优化设计及施加等问题。采用分级解耦的设计思想,将试验设计的各个影响因素逐级剥离并建立相应的分析对比模型,依据结构响应误差进行优化设计,评估每一级简化模拟带来的误差。以结构有限元数值仿真为基础,提出了多铰支接头位移+主动载荷混合边界模拟,分离面加载假件刚度解耦设计与优化,桁架式机翼载荷优化设计及载荷施加等试验技术,使部段试验设计精度达到较高水平。

关键词：部段试验分级解耦边界模拟位移+主动载荷混合模拟刚度解耦

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2.5D-C/C复合材料压缩试样构型及损伤失效试验研究

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复合材料科学与工程 2023年第9期 48-54页

作者：蒙怡杨胜春刘小川杨海龙宋贵宾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

为探究2.5D-C/C复合材料在常温压缩载荷下的损伤过程,通过试验方法比较了不同压缩构型下的试验结果与失效模式,同时利用声发射(AE)技术实现损伤在线监测,采用改进的K-均值聚类算法对AE信号进行模式识别,结合聚类后的AE信号随时间变化的... 详细信息

为探究2.5D-C/C复合材料在常温压缩载荷下的损伤过程,通过试验方法比较了不同压缩构型下的试验结果与失效模式,同时利用声发射(AE)技术实现损伤在线监测,采用改进的K-均值聚类算法对AE信号进行模式识别,结合聚类后的AE信号随时间变化的统计分析与扫描电子显微镜(SEM)微观表征,发现2.5D-C/C复合材料压缩过程损伤模式包含基体开裂与裂纹扩展、界面脱黏以及纤维弯曲断裂,并将损伤模式与AE信号相匹配,描述了材料的压缩损伤演化进程。

关键词： C/C复合材料声发射 K-均值聚类模式识别损伤模式

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多孔材料声学参数辨识及其在双层板结构声学设计中的应用

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振动工程学报 2023年第3期36卷 815-824页

作者：彭涛王晨燕群中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室陕西西安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陕西西安710065 空军工程大学基础部陕西西安710051

基于Biot理论,采用JCA(Johnson‑Champoux‑Allard)模型,依据多孔材料声学参数辨识技术,对玻璃纤维材料棉(玻璃棉)进行声学参数识别。将辨识结果引入双层板结构传声损失预计中,提出一种改进的FE‑SEA(Hybrid Finite Element‑Statistic Ener... 详细信息

基于Biot理论,采用JCA(Johnson‑Champoux‑Allard)模型,依据多孔材料声学参数辨识技术,对玻璃纤维材料棉(玻璃棉)进行声学参数识别。将辨识结果引入双层板结构传声损失预计中,提出一种改进的FE‑SEA(Hybrid Finite Element‑Statistic Energy Analysis)建模思路。对双层板结构进行隔声测试,并将FE‑SEA预计结果与试验结果和SEA(Statistic Energy Analysis)结果分别进行对比分析。研究结果表明:基于声学参数辨识技术进行玻璃纤维材料棉声学参数识别是可行,可有效减少试验项目与次数;将识别参数引入改进的FE‑SEA模型中进行双层板隔声预计,所得结果与试验结果吻合良好。因此,可选用声学参数辨识技术对多孔材料声学参数进行识别,并作为数值计算的输入参数,进行含多孔材料结构的声学设计。

关键词：声学参数辨识传声损失多孔材料双层板

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聚丙烯复合材料动态力学性能及本构表征

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科学技术与工程 2024年第23期24卷 9701-9709页

作者：葛宇静白春玉惠旭龙曹乐郭亚周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

为研究聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的动态力学性能,进行了PP-TD20、PP+EPDM-TD20和PP-LGF203种材料在准静态和中应变率下的拉伸力学性能测试试验。试验结果表明,TD20和LGF20的加入分别将PP基体的强度极限提升约1倍和3.2倍,三元乙... 详细信息

为研究聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的动态力学性能,进行了PP-TD20、PP+EPDM-TD20和PP-LGF203种材料在准静态和中应变率下的拉伸力学性能测试试验。试验结果表明,TD20和LGF20的加入分别将PP基体的强度极限提升约1倍和3.2倍,三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)在韧性方面起到显著增强作用,PP-TD20和PP+EPDM-TD20仍表现为韧性,而PP-LGF20改变为脆性材料。3种材料在弹性和塑性阶段均表现出较强的应变率敏感性,刚度、流动应力、屈服强度和强度极限随着应变率的增加而增大。采用修正的ZWT(Zhu-Wang-Tang)模型和修正的J-C(Johnson-Cook)模型构建几种材料的动态本构关系,识别模型参数,拟合的曲线与试验结果基本一致,表明这两种模型能够准确反映材料的动态力学行为。由修正的ZWT模型推广获得三维应力状态下的本构方程,编写VUMAT子程序,数值模拟得到的载荷-位移曲线与试验结果吻合较好,进一步表明了本构关系的有效性。

关键词：聚丙烯复合材料中应变率动态力学性能本构模型 VUMAT子程序

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飞机结构静强度试验虚拟显示中的CAE图形可视化关键技术

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科学技术与工程 2023年第21期23卷 9151-9159页

作者：王晓辉许向彦聂小华常亮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

近年来,虚拟显示作为飞机结构静强度虚拟试验中的重要功能之一,在航空结构试验领域获得了广泛应用,促进了虚实融合试验新模式的发展。系统梳理了当前航空虚拟试验中的关键问题,基于自主CAE图形引擎***,从试验数据实时监控处理、三维云... 详细信息

近年来,虚拟显示作为飞机结构静强度虚拟试验中的重要功能之一,在航空结构试验领域获得了广泛应用,促进了虚实融合试验新模式的发展。系统梳理了当前航空虚拟试验中的关键问题,基于自主CAE图形引擎***,从试验数据实时监控处理、三维云图快速绘制、试验应变片快速定位及关联显示及支持多镜头的用户界面设计等4个方面总结了在虚拟显示领域的关键技术探索,形成了一款虚拟显示软件,具备试验应变数据三维云图实时显示和试验应变片快速定位及关联显示功能,并在航空型号试验现场进行了应用,结果表明效果显著。

关键词：虚拟试验实时显示 SABRE.visual Qt多线程界面设计

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基于弹簧系统的飞机结构扣重技术

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科学技术与工程 2023年第36期23卷 15717-15723页

作者：王孟孟郑建军王彬唐吉运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

飞机强度验证试验中,为保证集中大质量结构扣重的准确性,提高卸压安全性,基于弹簧系统提出了一种新的飞机结构扣重技术。解决了作动器扣重方式卸压后扣重载荷消失以及反配重扣重方式摩擦力使扣重量值不够准确两项技术难点问题。通过验... 详细信息

飞机强度验证试验中,为保证集中大质量结构扣重的准确性,提高卸压安全性,基于弹簧系统提出了一种新的飞机结构扣重技术。解决了作动器扣重方式卸压后扣重载荷消失以及反配重扣重方式摩擦力使扣重量值不够准确两项技术难点问题。通过验证试验对该扣重装置进行测试,结果表明:弹簧刚度数据与设计预期吻合良好;试验状态,载荷施加正常;卸压时刻,试验载荷和扣重载荷转换平稳;停机状态,扣重载荷施加准确。成功应用于某型飞机疲劳试验发动机假件扣重,实现了飞机集中大质量结构试验状态和停机状态的准确扣重,同时降低了卸压瞬间载荷冲击。

关键词：作动器扣重反配重扣重弹簧系统扣重载荷试验载荷

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基于考核目标等效的试验载荷处理方法

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航空学报 2023年第17期44卷 171-181页

作者：王彬郑建军刘玮王高利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 西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

在全尺寸结构强度试验中,需将原始理论载荷转化为试验实施载荷,载荷处理的结果直接关乎着试验考核的真实性和有效性。传统的载荷处理方法基于载荷等效,载荷处理完成后再对比数值分析结果,这种开环的载荷处理方法遇到复杂结构和载荷时通... 详细信息

在全尺寸结构强度试验中,需将原始理论载荷转化为试验实施载荷,载荷处理的结果直接关乎着试验考核的真实性和有效性。传统的载荷处理方法基于载荷等效,载荷处理完成后再对比数值分析结果,这种开环的载荷处理方法遇到复杂结构和载荷时通常效率和精度都大打折扣。提出了一种基于考核目标等效的试验载荷处理方法,将数值仿真分析结合到载荷处理过程中,搭建一种载荷优化设计-试验态分析-考核目标评估的闭环架构,以结构目标响应为评估判据和优化目标,结合灵敏度分析、遗传算法等智能优化算法,搜索试验态载荷最优解,大幅提高了载荷处理的效率和精度。在此基础上,基于MATLAB GUI平台开发了载荷处理软件,模块化地实现了灵敏度分析、载荷-响应矩阵计算、载荷优化设计等功能。将基于考核目标等效的载荷处理方法成功应用到某飞机升降舵结构载荷处理中,实现了试验考核目标响应误差精准控制。

关键词：全尺寸试验载荷处理载荷等效考核目标等效灵敏度分析遗传算法

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