一种先进增强结构的结构处理方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种先进增强结构的结构处理方法，该方法包括：对先进增强结构进行构型选取，构型包括胶接形式和构型形状；对先进增强结构进行尺寸选择；对先进增强结构进行铺层设置，铺层设置包括铺层方式，铺层方向和结构层数；对先进增强结构进行边角处理。本发明专利技术实施例提供的方案，可以快速实现先进增强结构在飞机上的工程化应用，降低飞机构件在服役过程中裂纹产生及扩展的速率，延长飞机检修间隔及寿命，实现飞机减重、提高安全性及经济性。

A structural treatment method of advanced reinforced structure

【技术实现步骤摘要】
一种先进增强结构的结构处理方法
本申请涉及但不限于飞行器结构设计
，尤指一种先进增强结构的结构处理方法。
技术介绍
目前通过减少结构分段、零件和连接件数量是大幅度减轻结构重量重要途径，结构减重是航空装备更新、性能不断完善的重要保障。为了保证飞机的飞行安全性并延长飞机的使用寿命、检修周期、降低制造成本，在结构设计中可以采用新的设计方法、新的材料、新的连接方法来实现。先进增强结构是一种新型的结构形式。可以通过在飞机金属高应力区域的结构上胶接连接带有增强功能的纤维条带，增加局部区域的传递路径，减小局部区域的应力水平，提高该区域的疲劳和损伤容限性能。以碳纤维、硼纤维、玻璃纤维为代表的复合材料，具有更高的强度和更小的密度，应用于先进增强结构可有效减轻飞机结构重量；在连接方面，胶接技术已取得长足的发展，胶接、机械连接和焊接已经并列成为现代飞机制造的三大连接技术，胶接技术已经作为先进增强结构的重要连接形式。目前国内对于先进增强结构(复合材料-金属结构)在飞机上应用报告比较少见，先进增强结构(复合材料-金属结构)结构设计方法在国内研究更少，因此，研究先进增强结构在飞机结构中的应用，结合飞机结构特点开展先进增强结构(复合材料-金属结构)结构设计方法研究对于加快先进增强结构的工程化应用有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种先进增强结构的结构处理方法，以快速实现先进增强结构在飞机上的工程化应用，降低飞机构件在服役过程中裂纹产生及扩展的速率，延长飞机检修间隔及寿命，实现飞机减重、提高安全性及经济性。本专利技术实施例提供一种先进增强结构的结构处理方法，包括：对先进增强结构进行构型选取，所述构型包括胶结形式和构型形状；对所述先进增强结构进行尺寸选择；对所述先进增强结构进行铺层设置，所述铺层设置包括铺层方式，铺层方向和结构层数；对所述先进增强结构进行边角处理。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，所述对先进增强结构进行构型选取，包括：根据飞机结构特点、载荷特点和传力特点，合理的选择所述先进增强结构的胶接形式，所述胶接形式包括单面胶接结构和双面胶接结构。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，所述对先进增强结构进行构型选取，还包括：根据飞机应用结构的特点选择构型形状，所选取的构型形状包括长条形，矩形，圆形和椭圆形。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，所述对所述先进增强结构进行尺寸选择，包括：根据飞机应用部位的结构和受载特点，确定结构的主受载方向，作为所述先进增强结构的长度方向；确定增强结构所承受的最大剪应力小于其剪切强度、且大于金属在应用结构区域的传递载荷；采用数值分析方式，确定所述先进增强结构的尺寸，使得结构的应力水平小于其初始应力水平。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，所述确定所述先进增强结构的尺寸，包括：矩形构型的先进增强结构，主受载方向与矩形的长边方向一致，长度尺寸通过数值分析确定，宽度尺寸小于应用结构宽度值，两者的差值控制在10mm之上；椭圆形构型的先进增强结构，主受载方向与椭圆形的长轴方向一致，长轴的长度尺寸通过数值分析确定，短轴方向垂直于主受载方向，短轴的长度小于应用结构宽度值，两者的差值控制在10mm之上；圆形构型的先进增强结构，对于有紧固件连接结构，增强带边缘到紧固件孔的距离为应用结构距离最远紧固件长度的3到4倍。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，所述确定所述先进增强结构的尺寸，还包括：根据等刚度原则，确定所述先进增强结构的厚度，使得S＝E1.T1/E2.T2等于1；其中，E1为先进增强带结构弹性模量，T1为先进增强带结构厚度，E2为原金属结构弹性模量，T2为原金属结构厚度。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，对所述先进增强结构进行铺层设置，包括：确定所述先进增强结构的铺层方式采用正交铺层或45度角铺层，以保证增强结构在板平面内是各向同性的力学性能；确定所述先进增强结构的铺层方向，最下面一层与主受载方向一致；根据等刚度理论，确定所述先进增强结构的结构层数。可选地，如上所述的先进增强结构的结构处理方法中，所述对所述先进增强结构进行边角处理，包括：对所述先进增强结构的边缘进行厚度处理，所述厚度处理为：在先进增强结构的边缘增加胶粘剂的厚度；对所述先进增强结构的边角采用锥形结构，所述锥形结构的锥度比在16:1到30:1的范围内。本专利技术实施例提供的先进增强结构的结构处理方法，针对飞机材料内部可能存在的缺陷或者结构存在应力集中的结构部位，开展先进增强结构(复合材料-金属结构)的结构设计方案，该设计方案包括：对先进增强结构进行构型选取，所选构型包括胶接形式和构型形状；对先进增强结构进行尺寸选择；对先进增强结构进行铺层设置，铺层设置包括铺层方式，铺层方向和结构层数；对先进增强结构进行边角处理；通过对先进增强结构的结构设计，可以快速实现先进增强结构在飞机上的工程化应用，降低飞机构件在服役过程中裂纹产生及扩展的速率，延长飞机检修间隔及寿命，实现飞机减重、提高安全性及经济性。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为本专利技术实施例提供的一种先进增强结构的结构处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种先进增强结构的结构处理方法的实施方式的流程图；图3为本专利技术实施例中一种飞机机身框模拟结构的有限元模型的示意图；图4为对图3所示飞机机身框模拟结构的机身内缘应力分析的示意图；图5为本专利技术实施例中一种先进增强结构“双板—弹簧元”有限模型的示意图；图6为图3所示飞机机身框模拟结构应用先进增强结构后的机身内缘应力分析的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。先进增强技术是在损伤容限设计上发展起来的一种新型的结构增强技术。在设计时考虑到材料内部可能存在的缺陷及构件的受力特点，在某些可能存在应力集中的局部区域进行局部增强，以降低构件在服役过程中裂纹产生及扩展的速率，延长飞机检修间隔及寿命，提高安全性及经济性。本专利技术实施例针对飞机材料内部可能存在的缺陷或者结构存在应力集中的结构部位，开展先进增强结构(复合材料-金属结构)的结构设计方案，该方案可用于复合材料-金属增强结构、复合材料-金属修补结构等方面的结构设计，以快速实现先进增强结构在飞机上的工程化应用，降低飞机构件在服役过程中裂纹产生及扩展的速率，延长飞机检修间隔及寿命，实现飞机减重、提高安全性及经济性。本专利技术提供以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种先进增强结构的结构处理方法，其特征在于，包括：/n对先进增强结构进行构型选取，所述构型包括胶接形式和构型形状；/n对所述先进增强结构进行尺寸选择；/n对所述先进增强结构进行铺层设置，所述铺层设置包括铺层方式，铺层方向和结构层数；/n对所述先进增强结构进行边角处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种先进增强结构的结构处理方法，其特征在于，包括：
对先进增强结构进行构型选取，所述构型包括胶接形式和构型形状；
对所述先进增强结构进行尺寸选择；
对所述先进增强结构进行铺层设置，所述铺层设置包括铺层方式，铺层方向和结构层数；
对所述先进增强结构进行边角处理。


2.根据权利要求1所述的先进增强结构的结构处理方法，其特征在于，所述对先进增强结构进行构型选取，包括：
根据飞机结构特点、载荷特点和传力特点，合理的选择所述先进增强结构的胶接形式，所述胶接形式包括单面胶接结构和双面胶接结构。


3.根据权利要求2所述的先进增强结构的结构处理方法，其特征在于，所述对先进增强结构进行构型选取，还包括：
根据飞机应用结构的特点选择构型形状，所选取的构型形状包括长条形，矩形，圆形和椭圆形。


4.根据权利要求3所述的先进增强结构的结构处理方法，其特征在于，所述对所述先进增强结构进行尺寸选择，包括：
根据飞机应用部位的结构和受载特点，确定结构的主受载方向，作为所述先进增强结构的长度方向；
确定增强结构所承受的最大剪应力小于其剪切强度、且大于金属在应用结构区域的传递载荷；
采用数值分析方式，确定所述先进增强结构的尺寸，使得结构的应力水平小于其初始应力水平。


5.根据权利要求4所述的先进增强结构的结构处理方法，其特征在于，所述确定所述先进增强结构的尺寸，包括：
矩形构型的先进增强结构，主受载方向与矩形的长边方向一致，长度尺寸通过数值分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵连红，张红飞，李孟思，蔡舒阳，张吉琴，叶远珩，慕仙莲，张登，刘成臣，刘元海，王浩伟，
申请(专利权)人：中国特种飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42