一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法技术

本发明专利技术提供了一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法，涉及飞机制造技术领域。包括以下步骤：S1、飞机壁板整体建模与数值分析；S2、飞机壁板热屈曲变形测试；S3、飞机壁板热屈曲变形试验结果分析；S4、采用south

【技术实现步骤摘要】
一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法


[0001]本专利技术涉及飞机制造
，具体是涉及一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法。

技术介绍

[0002]为了提高市场占有率和型号竞争性，国内外民用飞机制造商一直致力于降低结构重量、提高结构效率和延长飞机寿命等方面的研究。复合材料以其优异比强度、比刚度的力学性能已经成功应用于民用飞机之中，最具有代表性的新一代大型民用飞机波音787和空客A350，其复合材料用量分别占机体结构重量的50%和52%，从而使得A350、B787等先进民用飞机机体寿命达到90000飞行小时以上，远高于国内支线客机ARJ21
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700、MA700、干线客机C919。
[0003]复合材料的大量应用已成为衡量新一代民机先进性的重要标志，也是争夺新一轮国际民机市场份额的关键因素之一。复合材料与金属飞机壁板设计的关键问题之一是热应力问题，该问题主要是复合材料和金属两者之间的热膨胀系数存在巨大差异。
[0004]一般而言，金属热膨胀系数是复合材料结构的10～20倍。环境温度的变化，必然导致复合材料
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金属飞机壁板中产生显著的应力，也称之为热应力。这种热应力有时可能达到机械应力的40%左右，忽略热应力必将导致复合材料
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金属飞机壁板结构存在极大的安全隐患，当热应力达到一定值以后，复合材料
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金属飞机壁板结构会产生很大的横向变形，使得复合材料
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金属飞机壁板结构发生翘曲或鼓包，这种现象称为热屈曲。
>[0005]一方面，热屈曲行为具有突发性，严重破坏结构的稳定性；另一方面在高温/低温环境下，材料本身的热物性与力学性能变得复杂且具有明显的非线性，使得热屈曲行为的复杂性增加。热屈曲行为将减弱飞行器结构的承载力，甚至对飞行器的结构完整性甚至安全性造成严重的威胁，亟需采用有效的技术手段开展热环境下飞行器壁板结构热屈曲性能研究。
[0006]在开展混合结构飞机壁板热屈曲性能研究时，混合结构飞机壁板的热屈曲临界温度确定对于混合结构飞机壁板热屈曲行为规律的研究至关重要。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是：热屈曲行为减弱飞行器结构的承载力，对飞行器的结构完整性甚至安全性造成严重的威胁。
[0008]为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法，包括以下步骤：S1、飞机壁板整体建模与数值分析，具体包括以下步骤：S1
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1、选取包括复合材料层合板和铝合金板加强肋的混合结构飞机壁板作为试验件，并建立试验件几何模型，S1
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2、计算过程中对复合材料层合板、铝合金板加强肋的材料属性进行赋值，
S1
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3、假设试验件内复合材料层合板与铝合金板加强肋完全粘结，进行初步的试验件热屈曲模态分析及临界屈曲载荷的分析，获取飞机壁板结构变形较大位置；S2、飞机壁板热屈曲变形测试：测试结构在低温
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55℃情况下的热变形及屈曲行为规律，通过非接触式三维变形测量方法计算低温试验中飞机结构三维形变测量；S3、飞机壁板热屈曲变形试验结果分析，具体包括以下步骤：S3
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1、低温试验测试结果分析，S3
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2、对低温试验中变形最大的变形特征点进行分析；S4、采用south
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well法分析飞机壁板热屈曲临界温度：利用south
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well方法进行热屈曲临界温度判定，通过纵坐标为横坐标为曲线的斜率倒数进行热屈曲临界温度的判定；S5、飞机壁板热屈曲临界温度结果校验：对于最容易发生屈曲变形的区域，构建局部的平板结构，并计算该局部区域的热屈曲临界载荷。
[0009]South
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well法能够根据结构全场试验数据直接判断，其优势在于基于试验结果，直接采用数据处理分析即可获取结果，因此处理方法相对简单，但对于试验过程的要求相对较多，首先测试区域面积必须要大，其次测试间隔密集，才能保证测试全过程数据可用。
[0010]进一步地，步骤S1
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2中，复合材料层合板的材料属性包括：复合材料层合板的弹性模量、泊松比、热导率、热膨胀系数，明确复合材料的属性值对于热屈曲临界温度的分析是必要的。
[0011]进一步地，步骤S1
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2中，铝合金板加强肋的材料属性包括：铝合金材料的弹性模量、泊松比、热导率、热膨胀系数，明确铝合金板材料的属性值对于热屈曲临界温度的分析是必要的。
[0012]进一步地，步骤S1
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3中，试验件热屈曲模态分析具体包括以下内容：将试验件结构导入软件Abaqus，再通过软件Abaqus中的绑定功能将复合材料层合板与铝合金板加强肋连接起来，模拟复合材料层合板与铝合金板加强肋表面为接触约束，壁板四周约束为简支约束状态，最后计算试验件屈曲模态、试验件临界屈曲载荷，在大型飞机壁板热载荷试验过程中，飞机壁板由复合材料层合板和铝合金板加强肋组成，因为复合材料层合板和铝合金板的热胀系数不同，因此飞机壁板结构在热应力的作用下产生变形，在结构刚度较弱的区域则会发生结构屈曲失稳现象，即结构会产生离面位移，因此在低温试验之前，开展飞机壁板热屈曲模态分析及临界屈曲载荷的分析，获取飞机壁板结构变形较大位置，以便试验阶段重点监控该区域变形。
[0013]由于大型飞机结构整体壁板细节等模型的高精度构建相当复杂，因此大型飞机壁板热屈曲分析载荷并不十分准确，但其相关屈曲模态及初始屈曲位置可为飞机壁板热屈曲试验测试提供一定参考。
[0014]更进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：S2
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1、设置试验测试区域，根据步骤S1
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3中试验件热屈曲模态分析及临界屈曲载荷分析结果，在试验件测试区域选取若干变形特征点，在低温试验过程中持续观测变形特征点的变形曲线；S2
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2、进行低温试验测试，低温试验包括降温、浸泡、回温三个阶段，并在低温试验过程中的各个变温节点对各个变形特征点进行测量。
[0015]以上步骤能够覆盖各个变形特征点在低温试验过程中所有的变形情况，便于后续对试验件热屈曲临界温度的分析。
[0016]优选地，步骤S2
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2中，变温节点包括：降温21℃、降温10℃、降温0℃、降温
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5℃、降温
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10℃、降温
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15℃、降温
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20℃、降温
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25℃、降温
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30℃、降温
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35℃、降温
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40℃、降温
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45℃、降温
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50℃、降温
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55℃、回温
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50℃、回温
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45℃、回温
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40℃、回温
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30℃、回温
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、飞机壁板整体建模与数值分析，具体包括以下步骤：S1
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1、选取包括复合材料层合板和铝合金板加强肋的混合结构飞机壁板作为试验件，并建立试验件几何模型，S1
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2、计算过程中对复合材料层合板、铝合金板加强肋的材料属性进行赋值，S1
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3、假设试验件内复合材料层合板与加强肋完全粘结，进行初步的试验件热屈曲模态分析及临界屈曲载荷的分析，获取飞机壁板结构变形较大位置；S2、飞机壁板热屈曲变形测试：测试结构在低温
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55℃情况下的热变形及屈曲行为规律，通过非接触式三维变形测量方法计算低温试验中飞机结构三维形变测量；S3、飞机壁板热屈曲变形试验结果分析，具体包括以下步骤：S3
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1、低温试验测试结果分析，S3
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2、对低温试验中变形最大的变形特征点进行分析；S4、采用south
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well法分析飞机壁板热屈曲临界温度：利用south
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well方法进行热屈曲临界温度判定，通过纵坐标为横坐标为曲线的斜率倒数进行热屈曲临界温度的判定；S5、飞机壁板热屈曲临界温度结果校验：对于最容易发生屈曲变形的区域，构建局部的平板结构，并计算该局部区域的热屈曲临界载荷。2.如权利要求1所述的一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法，其特征在于，所述步骤S1
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2中，复合材料层合板的材料属性包括：复合材料层合板的弹性模量、泊松比、热导率、热膨胀系数。3.如权利要求1所述的一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法，其特征在于，所述步骤S1
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2中，铝合金板加强肋的材料属性包括：铝合金材料的弹性模量、泊松比、热导率、热膨胀系数。4.如权利要求1所述的一种飞机壁板的热屈曲临界温度分析方法，其特征在于，所述步骤S1
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3中，所述试验件热屈曲模态分析具体包括以下内容：将试验件结构导入软件Abaqus，再通过软件Abaqus中的绑定功能将复合材料层合板与铝合金板加强肋连接起来，模拟复合材料层合板与铝合金板加强肋表面为接触约束，壁板四周约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文亮，刘海燕，李闯勤，雷凯，田培强，任战鹏，吴敬涛，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：