用于确定复合结构中的允许含水量的方法和系统技术方案

用于确定复合结构中的允许含水量的方法和系统。一种确定复合结构的允许含水量(146)的方法(300)包括对所述复合结构执行(302)热分析以确定所述复合结构的表面温度分布(126)。所述表面温度分布(126)独立于所述复合结构的含水量来确定。方法(300)还包括对所述复合结构执行水分分析以确定所述复合结构的允许含水量(146)，使得所述水分分析基于所确定的表面温度分布(126)。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种确定结构的允许含水量的方法，更具体地讲，涉及一种确定飞行器的制造中所使用的复合结构的允许含水量的方法。
技术介绍
非金属结构与金属结构相比有许多优点。最显著的是，它们显著降低重量还不会损失强度，例如通过使非金属纤维准确对准预期施加负载的方向。纤维被布置在多个交叠的层中。某些组的材料(例如，某些塑料和环氧树脂复合结构)容易通过扩散吸收水分。尽管这是相对缓慢的过程(吸收量在以周、月和年测量的时间周期内以毫米计)，材料内水分的存在可能缩短材料的有用服务寿命。另外，长时间暴露于相对高的温度也可能缩短材料的有用服务寿命。因此，在设计过程中有必要考虑高温和含水量的影响。传统上，在复合材料的设计中独立于复合结构的尺寸和规模使用恒定的饱和度。恒定饱和度按照干燥复合结构的水分重量百分比来测量。例如，当结构内的含水量的重量达到具有零水分的复合结构的预定重量百分比时得到最大允许含水量(饱和度)。传统饱和度是针对具有大约30至40层的相对薄的复合结构设计的。然而，现代复合结构可包括50至100层那么多。厚度增加的现代复合结构能够按比例吸收更多的水分而不会影响组件的服务寿命。因此，传统的预定饱和度导致过度设计的复合结构，这增加了飞行器的重量并且增加了制造时间和成本。另外，为了确定饱和度而进行的计算包括执行相结合的热分析和水分扩算分析。这样的计算包括大量数据并且需要大量的计算能力和时间来确定。因此，需要一种确定相对厚的复合结构的水分饱和度的方法，该方法需要较少时间和计算能力。
技术实现思路
在一方面，提供一种确定复合结构的允许含水量的方法。该方法包括对所述复合结构执行热分析以确定所述复合结构的表面温度分布。所述表面温度分布独立于所述复合结构的含水量来确定。该方法还包括对所述复合结构执行水分分析以确定所述复合结构的允许含水量，使得所述水分分析基于所确定的表面温度分布。在另一方面，提供一种允许含水量确定系统。该允许含水量确定系统包括环境参数数据库，该环境参数数据库包括来自多个机场的与多个环境参数有关的环境参数数据。该允许含水量确定系统还包括表面温度模块，该表面温度模块被配置为针对所述多个机场执行热分析以生成复合结构的表面温度分布。所述表面温度分布基于所述环境参数数据并且独立于所述复合结构的含水量。该允许含水量确定系统还包括允许含水量模块，该允许含水量模块被配置为基于所生成的表面温度分布执行水分分析以确定所述复合结构的允许含水量。在另一方面，提供至少一种非暂时性计算机可读存储介质，其上具体实现有计算机可执行指令。所述计算机可执行指令在被处理器执行时使得处理器利用表面温度模块执行复合结构的热分析以确定所述复合结构的表面温度分布。所述表面温度分布独立于所述复合结构的含水量来确定。所述计算机可执行指令还使得处理器利用允许含水量模块执行所述复合结构的水分分析以确定所述复合结构的允许含水量。所述水分分析基于所确定的表面温度分布。附图说明图1示出实现示例性允许含水量确定系统的示例性流程图；图2示出示例性复合结构的确定的允许含水量的示例性图线；以及图3示出确定复合结构的允许含水量的方法的示例性流程图；图4示出确定复合结构的允许含水量的另一方法的示例性流程图；以及图5是图1的允许含水量确定系统中所使用的示例计算装置的框图。具体实施方式目前，基于饱和至其允许含水量的复合结构的强度小于当完全不饱和时复合结构的理论强度来设计复合结构。如本文中所述，对于较大的结构(例如，常用飞行器)，确定的是复合组件具有大约50mm的厚度。此数量级的复合结构在其服务寿命过程内基本没可能贯穿其整个厚度变得饱和。因此，期望基于其厚度来确定复合结构的允许含水量。如本文所公开的，根据基于其厚度新计算的水分摄入来制造复合结构，从而生产维持所需的强度量但是减小飞行器的总重量并且可降低与其关联的制造成本的厚度较薄的复合结构。在一个实现方式中，提供一种计算机程序，该程序被具体实现于计算机可读介质上。在示例实现方式中，计算机程序在单个计算装置上执行，而无需连接至服务器计算机。计算机程序是灵活的，被设计为在不损害任何主要功能的情况下在各种不同的环境中运行。在一些实现方式中，系统包括分布于多个计算装置之间的多个组件。一个或更多个组件可以是具体实现于计算机可读介质中的计算机可执行指令的形式。系统和处理不限于本文所描述的特定实现方式。另外，各个系统的组件和各个处理可与本文所描述的其它组件和处理独立和分离地实践。各个组件和处理还可与其它组件封装和处理组合使用。如本文所用，术语“含水量”通常表示材料(例如，吸湿膨胀性复合材料)中的水的量，该量可按照本领域技术人员已知的任何单位来表示。在一些实施方式中，所述单位可按照例如重量百分比来表示，可表示基于样品在其无水状态下的重量计的水的百分比。术语“吸湿膨胀性材料”可表示随着含水量的改变而经历体积改变的材料。术语“吸湿膨胀性复合材料”表示可吸收水分，可随其吸收水而膨胀，并且由不止一个组分组成的材料。在一些实施方式中，材料包括吸湿组分。本领域技术人员将理解，复合材料可采取多种形式。在一些实施方式中，例如，术语“复合材料”和“复合结构”可互换使用。由各自具有相同或不同组成的多个组分制造而成的合成材料是另一示例。这样的材料可包括具有众多纤维元素的复合材料的织造和非织造材料，所述纤维元素具有相同或不同的个体组成。本文所描述的吸湿膨胀性复合材料包括用在飞行器(例如，飞行器蒙皮)中的树脂复合材料。本文所描述的树脂复合材料包括纤维强化复合材料。树脂包括环氧树脂，加强纤维包括碳纤维。在其它优选实施方式中，复合材料的树脂可包括聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂和酚醛树脂，加强纤维可包括玻璃纤维、陶瓷纤维和二甲酰胺(alamide)纤维。通常，本文所描述的复合材料或复合结构可以是受益于复合材料的使用的任何应用中所使用的任何类型的复合材料。如本文所用，前面带有“一”的以单数叙述的元件或步骤应该被理解为不排除复数个元件或步骤，除非这种排除被明确地叙述。另外，本公开提及的“示例实现方式”或“一个实现方式”并不旨在被解释为排除也包含所叙述的特征的另外实现方式的存在。图1示出用于实现示例性允许含水量确定系统100的示例性流程图。在示例性实现方式中，系统100包括环境参数数据库102，其存储与可用于确定复合结构的允许含水量的多个各种环境参数有关的数据，如下面进一步详细描述的。具体地讲，环境参数数据库102至少存储温度数据104、太阳能负荷数据106、风速数据108和降水数据110。在示例性实现方式中，数据库102存储多个机场的环境参数数据。更具体地讲，数据库102存储具有确定的最高水分摄入的至少12个机场的环境参数数据。使用具有确定的最高水分摄入的机场以使得最终允许含水量确定是保守估计，同时仍提供大小更厚的复合结构的允许含水量的更准确的确定。数据库102包括在40年的时期内按小时收集的环境参数数据。系统100还包括参数分布模块112，其基于来自数据库102的环境参数数据确定多个参数分布114。更具体地讲，模块112针对在数据库102中存储有数据的各个不同的环境参数确定参数分布114。例如，模块112从温度数据104生成温度分布116，从太阳能负荷数据106生成太阳能负荷分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定复合结构的允许含水量(146)的方法(300)，所述方法包括以下步骤：对所述复合结构执行热分析以确定所述复合结构的表面温度分布(126)，其中，所述表面温度分布(126)独立于所述复合结构的含水量；以及对所述复合结构执行水分分析以确定所述复合结构的允许含水量(146)，其中，所述水分分析基于所确定的表面温度分布(126)。

【技术特征摘要】
2015.06.22 US 14/745,8131.一种确定复合结构的允许含水量(146)的方法(300)，所述方法包括以下步骤：对所述复合结构执行热分析以确定所述复合结构的表面温度分布(126)，其中，所述表面温度分布(126)独立于所述复合结构的含水量；以及对所述复合结构执行水分分析以确定所述复合结构的允许含水量(146)，其中，所述水分分析基于所确定的表面温度分布(126)。2.根据权利要求1所述的方法(300)，该方法还包括步骤：制造具有基于所确定的允许含水量(146)的厚度的复合结构。3.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其中，所述热分析在第一时间周期内执行，所述水分分析在比所述第一时间周期更长的第二时间周期内执行。4.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其中，执行热分析的步骤包括从环境参数数据库(102)接收与多个环境参数有关的环境参数数据，其中，所述环境参数数据是在预定的时间周期内从多个机场收集的。5.根据权利要求4所述的方法(300)，该方法还包括步骤：将所述环境参数数据输入到参数分布(114)模块中以确定所述多个环境参数中的各个环境参数的参数分布(114)。6.根据权利要求1或2所述的方法(300)，该方法还包括步骤：将所述表面温度分布(126)输入到相对湿度模块(128)中以确定相对湿度分布(130)。7.根据权利要求1或2所述的方法(300)，该方法还包括步骤：确定多个机场中的各个机场的机队利用分布(132)，其中，各个机队利用分布(132)基于来自所述多个机场中的各个机场的飞行中运行数据(136)和地面非运行数据(134)。8.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其中，执行水分分析的步骤包括将预定复合结构数据(142)和至少一个环境限定分布(140)输入到允许含水量模块(144)中。9.根据权利要求8所述的方法(300)，其中，所述环境限定分布(140)基于相对湿度分布(130)、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·阿普达尔哈伊姆，HC·C·陈，W·M·阿什马维，K·D·梅雷迪思，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US