[發(fā)明專利]一種復合材料結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞強度一體化試驗驗證方法

有效

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• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112268799B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃文斌;曹飛龍;查丁平;夏國旺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國直升機設(shè)計研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/32;G01M13/00;G06F30/23;B64F5/60;G06F113/26;G06F119/04;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發(fā)明公開了一種復合材料結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞強度一體化試驗驗證方法，該方法針對復合材料特點以及結(jié)構(gòu)驗證“復合材料靜強度驗證需考慮循環(huán)載荷、經(jīng)過循環(huán)載荷后需考慮其剩余承載能力，疲勞驗證后應進行剩余強度評估”的要求，結(jié)合實際經(jīng)驗，提出了復合材料結(jié)構(gòu)部件靜力和疲勞試驗在同一個試驗件上進行驗證的方法，解決了復合材料結(jié)構(gòu)部件驗證技術(shù)瓶頸，形成了復合材料結(jié)構(gòu)部件“限制載荷靜力?疲勞?極限載荷靜力?疲勞(損傷容限)?限制(極限)載荷靜力”結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞強度一體化的驗證鏈，既對復合材料結(jié)構(gòu)部件進行了充分的驗證，又能縮短研制周期，減少試驗件數(shù)量，節(jié)約成本,進一步提高了航空器的飛行安全水平。

技術(shù)領(lǐng)域

本方法發(fā)明屬于航空科學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復合材料結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞強度一體化試驗驗證方法。

背景技術(shù)

復合材料具有質(zhì)量輕、抗疲勞性能好、耐腐蝕、便于大面積整體成型、比強度/比剛度高等優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域的應用日益廣泛。為了保證具有與金屬結(jié)構(gòu)同樣高的安全水準，歐美等國投入大量資金開展了復合材料結(jié)構(gòu)驗證研究，起步較早，積累了大量的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。

復合材料結(jié)構(gòu)在我國航空領(lǐng)域的應用比較晚，尤其在承力結(jié)構(gòu)上的使用。復合材料結(jié)構(gòu)驗證涉及靜強度分析、疲勞分析、損傷容限分析等多個領(lǐng)域，前期航空領(lǐng)域的復合材料結(jié)構(gòu)是按照金屬結(jié)構(gòu)的試驗驗證方式，靜力和疲勞試驗在不同的試驗件上各自進行驗證，沒有考慮缺陷是復合材料的“固有屬性”對試驗件進行缺陷預制，沒有考慮復合材料的靜強度缺口敏感性、疲勞缺口敏感性特點以及復合材料受環(huán)境影響及時間老化其性能變化大的特性進行試驗驗證，在試驗驗證時沒有考慮適航規(guī)章的“復合材料靜強度驗證需考慮循環(huán)載荷、經(jīng)過循環(huán)載荷后需考慮其剩余承載能力”等要求，因而復合材料結(jié)構(gòu)沒有得到充分的驗證，不能很好地保證復合材料結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。

由于復合材料全尺寸試驗件投入成本大，因此，設(shè)計出在一個試驗件上既完成靜強度又完成疲勞的結(jié)構(gòu)完整性一體化綜合試驗，既節(jié)約研制成本，縮短研制周期，又對復合材料結(jié)構(gòu)進行充分驗證，進一步提高了航空器的飛行安全。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供以一種復合材料結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞強度一體化試驗驗證方法，該方法可以在同一個試驗件上既完成靜強度又完成疲勞的結(jié)構(gòu)完整性一體化綜合試驗。

為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種復合材料結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞強度一體化試驗驗證方法，包括以下步驟：

對試驗件進行缺陷和目視可見的沖擊損傷的預制；

對預制缺陷和損傷的所述試驗件進行有限元試驗仿真分析；

進行疲勞分析，計算結(jié)構(gòu)的計算疲勞壽命和初步的檢查間隔；

對疲勞試驗載荷、計算疲勞壽命、使用載荷、設(shè)計載荷進行分析，確定在同一個試驗件上交叉進行靜強度、疲勞、損傷容限試驗又使得試驗件不提前破壞的順序。

進一步地，所述對試驗件進行缺陷和目視可見的沖擊損傷的預制，包括：

通過對制造工藝以及檢驗能力情況的分析，總結(jié)制造缺陷的尺寸類型，在試驗件制造過程中，預制相應的脫膠、分層、金屬屑、孔隙率，試驗前用無損檢測等技術(shù)，記錄預制缺陷的位置、大小；

通過對外場使用維護情況的統(tǒng)計分析，對試驗件相應部位預制目視可見的沖擊損傷，試驗前用無損檢測技術(shù)，記錄沖擊損傷的位置、大小。

進一步地，所述對預制缺陷和損傷的所述試驗件進行有限元試驗仿真分析，包括：

通過有限元計算結(jié)果對尚未進行缺陷預制和沖擊損傷的件進行應力分析，定義出滿足靜強度設(shè)計要求的機身結(jié)構(gòu)尺寸，用這種有限元建模方法在已經(jīng)進行試驗的結(jié)構(gòu)上進行建模分析，并與試驗結(jié)果對比，修正建模細節(jié)；