[發明專利]一種飛機用金屬-復合材料混合結構的熱應力的測量方法

有效

• 申請號: 202210436691.4
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114526851B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 劉海燕;李闖勤;李紅賢;白澤瑞;任戰鵬;杜文輝;吳敬濤
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01B7/16
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 衛蘇晶

本發明公開了一種飛機用金屬?復合材料混合結構的熱應力的測量方法，該方法包括以下步驟：一、根據飛機用金屬?復合材料混合結構獲取測試試件及標準試件；二、應變片的靈敏系數的標定；三、對標準試件進行熱輸出測量；四、對測試試件進行總應變測量；五、飛機用金屬?復合材料混合結構的熱應力獲取。本發明方法步驟簡單，設計合理，通過對測量溫度下測試試件中測試點處的總應變的修正，得到測量溫度下測試試件中測試點處的熱應變，進而得到測試點處的熱應力，以提高了飛機用金屬?復合材料混合結構的熱應力的測量的精確性。

技術領域

本發明屬于飛機結構熱應力測試技術領域，尤其是涉及一種飛機用金屬-復合材料混合結構的熱應力的測量方法。

背景技術

復合材料由于具有比金屬材料更高的比強度和比剛度，在飛機等航空器上得到了廣泛應用，而且在飛機結構上占比呈現出不斷增大的趨勢。雖然如此，復合材料因受強度和剛度限制，仍不能完全取代金屬材料。因此，在飛機結構設計中，為了兼顧結構強度和減重需求，以金屬材料作為主承力結構、以復合材料作為次承力結構和功能性結構的金屬-復合材料混合結構被普遍采用。例如，金屬材料的熱膨脹系數與碳纖維復合材料的熱膨脹系數不在同一量級，比如鋁的熱膨脹系數為23.21×10-6/K，T300碳纖維的熱膨脹系數為-0.74×10-6/K，因此，鋁和T300碳纖維組成的金屬-復合材料混合結構在發生溫度變化時，雖然混合結構會達到一個基于變形協調的自平衡狀態，但新的自平衡狀態已經產生了結構內應力，這種未受機械載荷作用，僅因溫度變化引起的結構內應力稱作熱應力。

通常，飛機上的結構強度是通過結構強度設計和強度驗證試驗來保證的。在結構強度設計時對熱應力通常采用仿真分析確定，由于結構和傳熱的復雜性，仿真分析結果往往不夠準確，只能作為參考數據使用。結構的強度驗證試驗包括靜強度試驗和疲勞試驗，在這些試驗中，熱應力通常以將機械載荷放大1.15～1.30倍的方式考慮。這種對熱應力的處理方式必然導致結構強度驗證試驗結果與實際使用情況存在較大偏差，在偏保守的情況下會無謂增加結構重量，在偏危險的情況下會帶來安全風險。近些年來，隨著金屬-復合材料混合結構熱應力引起安全事故的增加，對金屬-復合材料混合結構熱應力的精確測試需求已經極為迫切。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種飛機用金屬-復合材料混合結構的熱應力的測量方法，其方法步驟簡單，設計合理，通過對測量溫度下測試試件中測試點處的總應變的修正，得到測量溫度下測試試件中測試點處的熱應變，進而得到測試點處的熱應力，以提高了飛機用金屬-復合材料混合結構的熱應力的測量的精確性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種飛機用金屬-復合材料混合結構的熱應力的測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據飛機用金屬-復合材料混合結構獲取測試試件及標準試件：

步驟101、取飛機上待測試部位作為測試試件；其中，測試試件為金屬-復合材料混合結構；

步驟102、在測試試件的表面預設多個測試點；

步驟103、制作200mm×200mm的正方形試件為標準試件；其中，標準試件與測試試件上測試點處的材料相同；

步驟二、應變片的靈敏系數的標定：

采用等強度梁實驗裝置對應變片進行標定，得到各個溫度下應變片標定后的靈敏系數；

步驟三、對標準試件進行熱輸出測量：

將步驟103中標準試件放置在環境實驗室中，在標準試件上粘貼第一應變片，并將第一應變片與電阻R2、電阻R3和電阻R4連接組成第一惠斯通電橋電路，并通過第一惠斯通電橋電路得到第個測量溫度下的熱輸出；其中，為正整數；

步驟四、對測試試件進行總應變測量：