圖 " "% &’與 &(結合關系示意圖
式中: )* ———結構件 +基準壽命 ,’對應的剩余強度;
)———結構件最大設計裁荷。
-
如果將壽命分散系數法與載荷放大系數法結合使用,優勢互補,可得到最佳的試驗方案,見圖 " "。./全復合材料垂直尾翼的疲勞驗證試驗就是一個很好的實例。
采用壽命分散系數 &(進行耐久性試驗時,載荷分散系數 &’ 0。反之,采用載荷分散系數 &’進行耐久性試驗時,壽命分散系數 &( 0。若將兩者結合起來,取壽命分,23/ ,3/ )* )*
散系數 1&2(0 ,’ 1&(0,’;則載荷放大系數為 &’ 0)2* 1)-,即載荷放大系數可
減小。()載荷放大系數的確定方法
載荷放大系數的確定,目前有兩種方法。其一是 ./復合材料垂尾驗證試驗采用的理論推導方法;另一個是 456789:;驗證試驗采用的試驗確定方法。兩者結果基本一致;確定取載荷放大系數為 < 3,壽命分散系數 <3 =</。載荷放大系數確定的推導過程,見參考文獻[3 =>]。需要說明,這是利用復合材料層合板疲勞特性導出的結果,用于代表結構的疲勞壽命特性的結果,沒有計及材料與結構間壽命分布的差異。
()關于載荷放大系數法的討論 載荷放大系數法應用的前提條件全復合材料飛機結構可以采用載荷放大系數法的條件有 條:
•
復合材料飛機結構的疲勞壽命分散性遠大于剩余強度分散性。
•
保守的設計許用應變。復合材料結構設計在 /世紀 >/年代采用控制應變設 •3•
計,選取了保守的設計許用應變 " %"&,僅為其破壞應變的 % &,足夠的強度裕度為載荷放大提供了可能。
•復合材料直至破壞呈現出的線彈特性,不存在高載裂尖鈍化,壽命加長的現
象。
以上 條構成了載荷放大系數法成立的必要和充分條件。
載荷放大系數法應用的局限性目前載荷放大系數法僅成功地用于全復合材料飛機結構,有待向金屬一復合材料混合結構推廣。
"載荷放大系數法勢在必行載荷放大系數法實質上是一種加重載荷譜進行加速試驗方法,其應用前景是客觀需求存在。因為,飛機的使用壽命,民機已從 &飛行小時提高到 ’飛行小時,軍機使用壽命也已達 & % ’飛行小時,再采用壽命分散系數法進行耐久性驗證財力和人力是難以支持的。據資料介紹, ( ) (&遠程寬體客機疲勞試驗,壽命分散系數取 " 時,試驗需進行 ’年,而采用載荷放大系數 *" *,壽命分散系數 +" 時,試驗工作量可減少近 *)。雖然載荷放大系數法客觀需求存在,勢在必行,但該方法所涉及到的結構強度、結構壽命及其與材料強度、材料壽命關系是復雜的,有待深入研究解決。
第五節 ,全尺寸部件試驗技術
(*)加載方式金屬飛機結構試驗通常采用膠布帶杠桿系統或卡板杠桿系統來施加載荷,復合材料飛機結構試驗仍然主要采用這兩種加載方式:
膠布帶加載法膠布帶加載法又稱為拉力墊法,通過膠布帶對結構表面施加拉力。同類的海綿拉力墊法,除了拉力墊處載荷分布比較均勻外,其余均與膠布帶加載法相同,如圖 -*+ -&所示。由于膠布帶(或拉力墊)實現的是點載荷,可以較好地模擬氣動載荷。通常復合材料層合板的層間強度較低,在選取膠布帶(或拉力墊)的大小和分布時,必須特別小心,以免出現非正常的層間破壞。粘貼膠布帶時,只能適當碾壓,不準敲擊,以防損傷復合材料制件。此外,如果將試驗件置于濕熱環境箱內進行試驗時,粘接膠布帶的膠在濕熱條件下,必須能保持足夠的粘接強度。
卡板加載法卡板加載法是將卡板(加載框架)通過螺栓與結構骨架緊固在一起,由卡板施加拉力或壓力,加載裝置如圖 -*+ -.所示,卡板與結構蒙皮之間墊有起緩沖作用的橡膠墊。這種加載方式的優點是裝置比較簡單,成本低,可以實現雙向加載,適用于濕熱環境下的試驗,同時也便于對試件進行觀察。其缺點是載荷按剖面施加,不能很好地模擬氣動載荷沿弦向的分布。它主要適用于大展弦比的翼面結構。
"壓力墊加載法壓力墊加載法與拉力墊加載法類似,只是加載裝置通過壓力墊對結構施加壓力。這種方法需要注意的是,應把壓力墊布置在梁或梁肋交點上,避免
•.++•
圖 " "%&拉力墊方法
圖 " "’&卡板式加載方法
(()加載卡板安裝( ))試驗安裝實例
直接對蜂窩面板施加集中載荷。
()應變測量復合材料結構通常仍采用應變片測量應變,在測量時需注意以下幾點: 貼應變片的部位在粘貼前應當打磨,以增加粗糙度,保證粘貼牢固。但不得傷
及纖維,以免對試樣造成損傷。 "粘貼補償片的試樣應與測量部位的鋪層方式一致,至少也應有相似的 *+ ,%’+ -*鋪層比例,因為復合材料層合板的熱膨脹系數與鋪層方式有關。()沖擊損傷的引入方法在積木式驗證試驗方法中,很多試驗,其中包括結構件和全尺寸部件結構驗證試驗時,需在試驗件上預制沖擊損傷,為此推薦以下 種試驗裝置: •’•
第三篇 (復合材料飛機結構設計
空氣槍式沖擊裝置空氣槍式試驗裝置主要模擬高速小質量物體,如冰雹、砂石等的沖擊。在試驗時所用的沖擊物主要是直徑 " %%的鋁球。用它制造沖擊損傷時,試驗件可以受載,也可以不受載。動力源通常為高壓氣體。
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