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飛機(jī)構(gòu)造的概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新范文

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飛機(jī)構(gòu)造的概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新

損傷抑制部件

損傷抑制部件即指在裂紋擴(kuò)展過程中對(duì)其產(chǎn)生抑制作用的結(jié)構(gòu)部件。通過增設(shè)如圖2所示的損傷抑制部件,裂紋能量在通過損傷抑制部件時(shí)逐步消耗,擴(kuò)展速度得到抑制,從而使裂紋發(fā)生轉(zhuǎn)折、或裂紋轉(zhuǎn)型、或止裂,以實(shí)現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)的低疲勞裂紋擴(kuò)展速率和高的剩余強(qiáng)度。鋁公司試驗(yàn)證實(shí)了上述特點(diǎn),試驗(yàn)結(jié)果表明:以2099鋁鋰合金材料為例,截面積相同、壽命相同的情況下,有損傷抑制部件的壁板比普通壁板性能提高近30%。損傷抑制部件可以在有需要的地方單獨(dú)采用,也可和選擇性增強(qiáng)結(jié)合使用,其效果更佳。若在金屬結(jié)構(gòu)上獨(dú)立應(yīng)用此結(jié)構(gòu),能將抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力提高10%~15%;若與選擇性增強(qiáng)組合應(yīng)用,能將抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力進(jìn)一步提高25%,剩余強(qiáng)度提高15%。見圖3。

三明治混雜結(jié)構(gòu)

三明治混雜結(jié)構(gòu)是一種多材料綜合應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。與選擇性增強(qiáng)相比,其不同材料間的混合程度更高。三明治混雜結(jié)構(gòu)典型截面如圖4所示,通過膠接的方式將多層鋁合金板和纖維金屬層合板連接起來,鋁合金的薄板、厚板、擠壓型材和高性能纖維是先進(jìn)的混雜結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成要素。三明治混雜結(jié)構(gòu)是“可設(shè)計(jì)”的,可以在長度和寬度方向逐漸減薄或增厚,強(qiáng)度、剛度、密度等屬性也都可以通過調(diào)整鋁合金板的厚度、纖維金屬層合板的用量、以及膠粘劑的類型來進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣,它可以用在需要提高靜強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)、需要提高抗裂紋擴(kuò)展能力的結(jié)構(gòu)、需要提高剩余強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)、需要抗腐蝕和抗雷擊的結(jié)構(gòu)。即對(duì)結(jié)構(gòu)有什么樣的需求,就可以設(shè)計(jì)出滿足該種需求的三明治混雜結(jié)構(gòu)。

三明治混雜結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于較厚的結(jié)構(gòu)件或者曲率較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。在制造過程中,通過鋪層的方式成型,避免了復(fù)雜的成型工藝,并減少或消除了機(jī)械加工,使制造成本得以降低。同時(shí),可以通過膠接鋁合金長桁,最大限度減少零件數(shù)量和緊固件數(shù)量。

總結(jié)與展望

綜上所述,金屬結(jié)構(gòu)的新概念設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):1)提高結(jié)構(gòu)抗疲勞裂紋生長的能力;2)提高整體剩余強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;3)降低零件數(shù)量以減輕機(jī)身結(jié)構(gòu)重量;4)提高耐腐蝕性能;5)提高制造工藝性;6)降低設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。

目前國際上各家民用航空公司都在大力發(fā)展并推行該類技術(shù)應(yīng)用,金屬結(jié)構(gòu)新概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用將成為現(xiàn)代航空技術(shù)的必然趨勢。但是,國內(nèi)目前對(duì)這類新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的研究才剛剛起步,若想要真正應(yīng)用到我國的大型客機(jī)項(xiàng)目上,未來還有很長的路要走。

作者:錢敏單位:上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究部

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