本發(fā)明屬于飛機(jī)復(fù)合材料試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，復(fù)合材料以其比剛度/比強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，越來越廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)中。復(fù)合材料可有效降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量，提高飛機(jī)商用載荷；或者增加燃油量，提高飛機(jī)航程。另一方面，復(fù)合材料的應(yīng)用可減少飛機(jī)結(jié)構(gòu)檢查次數(shù)，提高檢查間隔，降低飛機(jī)維護(hù)成本，從而從根本上提高民用飛機(jī)在整個(gè)壽命服役期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益。

國外先進(jìn)民用飛機(jī)如空客A350及波音B787等飛機(jī)，其復(fù)合材料用量已占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的50％以上，部位包括機(jī)身、機(jī)翼、尾翼蒙皮，機(jī)身隔框、地板梁、地板支柱、舷窗口框，機(jī)翼翼梁、翼肋等結(jié)構(gòu)。伴隨著型號(hào)研制，已經(jīng)形成了一套完整的飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)驗(yàn)證的方法及流程。

國內(nèi)目前在役的ARJ21及一些飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，90％以上都是鋁合金，復(fù)合材料用量極少，且均應(yīng)用在次承力結(jié)構(gòu)中，尚無飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用復(fù)合材料的經(jīng)驗(yàn)，更缺乏復(fù)材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析制造及驗(yàn)證的方法。因此，開展復(fù)合材料在民機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用技術(shù)研究，是提高我國民用飛機(jī)性能及市場競爭力的重要手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法，解決目前的飛機(jī)復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)無驗(yàn)證方法的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法，用于研究不同隔框結(jié)構(gòu)形式及不同長桁鼠洞形狀對(duì)隔框結(jié) 構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變分布及承載能力的影響，及評(píng)定結(jié)構(gòu)承受BVID損傷的能力，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度，其特征在于，所述復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法包括

S01：選取試驗(yàn)件

所述試驗(yàn)件選取自機(jī)身隔框典型部位，用于考核不同結(jié)構(gòu)形式及長桁鼠洞開口形狀對(duì)試驗(yàn)件承載能力的影響，設(shè)計(jì)多種隔框試驗(yàn)件；

S02：設(shè)計(jì)加載方案

試驗(yàn)方案為四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，用于考核試驗(yàn)件在彎矩作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布及承載能力，由于試驗(yàn)件浮框上緣條及剪切帶下緣條不在同一個(gè)平面內(nèi)，加載時(shí)會(huì)在試驗(yàn)件橫截面內(nèi)產(chǎn)生附加彎矩，采用特殊的試驗(yàn)夾具；

S03：加載試驗(yàn)

對(duì)所述試驗(yàn)件依次進(jìn)行不同的損傷試驗(yàn)項(xiàng)目，直至所述試驗(yàn)件加載破壞。

進(jìn)一步地，試驗(yàn)件選取自機(jī)身隔框典型部位，為考核不同結(jié)構(gòu)形式及長桁鼠洞開口形狀對(duì)試驗(yàn)件承載能力的影響，設(shè)計(jì)兩組隔框試驗(yàn)件；試驗(yàn)件的不同之處是第一組試驗(yàn)件為組合件，浮框與剪切帶之間采用螺栓連接，另一組試驗(yàn)件為整體件，結(jié)構(gòu)一次性鋪貼與固化成形。第一組試驗(yàn)件長桁鼠洞形狀不同，第二組試驗(yàn)件長桁鼠洞形狀與第一組試驗(yàn)件中某個(gè)試驗(yàn)件相同，試驗(yàn)件均材料為CF3052/BA9916-Ⅱ。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)項(xiàng)目包括試驗(yàn)一：無損傷試驗(yàn)件靜力試驗(yàn)、試驗(yàn)二：在長桁鼠洞附近引入BVID損傷的靜力試驗(yàn)、試驗(yàn)三：在長桁鼠洞附近引入BVID損傷的耐久性試驗(yàn)、試驗(yàn)四：在上緣條上引入BVID損傷的靜力試驗(yàn)和試驗(yàn)五：在上緣條上引入BVID損傷的耐久性試驗(yàn)。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)一：無損傷試驗(yàn)件靜力試驗(yàn)的試驗(yàn)過程為

1.1)使用載荷靜力試驗(yàn)；

1.2)設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)；

1.3)120％設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

1.4)加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)二：在長桁鼠洞附近引入BVID損傷的靜力試驗(yàn)的試驗(yàn)過程為

2.1)在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

2.2)使用載荷靜力試驗(yàn)；

2.3)設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

2.4)加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)三：在上緣條上引入BVID損傷的靜力試驗(yàn)的試驗(yàn)過程為

3.1)在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

3.2)使用載荷靜力試驗(yàn)；

3.3)設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)。

3.4)加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)四：在長桁鼠洞附近引入BVID損傷的耐久性試驗(yàn)的試驗(yàn)過程為

4.1)在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

4.2)1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

4.3)1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

4.4)120％設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

4.5)加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)五：在上緣條上引入BVID損傷的耐久性試驗(yàn)的試驗(yàn)過程為

5.1)在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢 測(cè)；

5.2)1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

5.3)1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

5.4)120％設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

5.5)加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

本發(fā)明的復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法可為我國在研及在役民用飛機(jī)機(jī)身復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)的研制提供技術(shù)支撐，降低結(jié)構(gòu)重量，提升飛機(jī)性能，降低使用維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中兩者不同試驗(yàn)件構(gòu)型示意圖，

圖2中的(a)(b)(c)附圖分別為本發(fā)明一實(shí)施例中1～3號(hào)試驗(yàn)件長桁鼠洞形狀及尺寸示意圖，

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中試驗(yàn)件支持及加載方案示意圖，

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例型的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造型勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)來自于有限元中的應(yīng)變預(yù)測(cè)與應(yīng)變片讀數(shù)之間的校對(duì)；

(2)確認(rèn)隔框結(jié)構(gòu)分析方法；

(3)研究不同隔框結(jié)構(gòu)形式及不同長桁鼠洞形狀對(duì)隔框結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變分布及承載能力的影響；

(4)評(píng)定結(jié)構(gòu)承受BVID損傷的能力，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度。

二、試驗(yàn)概述

試驗(yàn)件是依據(jù)復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)方案，選取典型隔框形式及長桁鼠洞開口形狀所設(shè)計(jì)。試驗(yàn)所施加的載荷取自有限元分析模型中的極限載荷，試驗(yàn)加載方式為四點(diǎn)彎曲，模擬機(jī)身隔框承受的因座艙增壓而引起的機(jī)身蒙皮壁板的彎矩。試驗(yàn)件采用損傷容限設(shè)計(jì)思想，在試驗(yàn)前需在典型部位預(yù)置沖擊損傷，用來模擬該結(jié)構(gòu)在制造、使用及維護(hù)過程中可能遇到的外來沖擊。沖擊完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行2倍壽命的耐久性試驗(yàn)，并檢查損傷是否擴(kuò)展，最后再對(duì)試驗(yàn)件施加極限載荷，考核結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度。

三、試驗(yàn)件

試驗(yàn)件選取自機(jī)身隔框典型部位，為考核不同結(jié)構(gòu)形式及長桁鼠洞開口形狀對(duì)試驗(yàn)件承載能力的影響，設(shè)計(jì)兩組共4種隔框試驗(yàn)件。試驗(yàn)件基本構(gòu)型見附圖1，左側(cè)附圖為第一組試驗(yàn)件(三件，編號(hào)1～3)、右側(cè)附圖為第二組試驗(yàn)件(一件，編號(hào)4號(hào))，不同之處在于1～3號(hào)試驗(yàn)件為組合件，浮框與剪切帶之間采用螺栓連接，4號(hào)件為整體件，結(jié)構(gòu)一次性鋪貼與固化成形。1～3號(hào)試驗(yàn)件長桁鼠洞形狀不同，詳見附圖2所示，附圖2中的(a)(b)(c) 三圖分別為1、2、3號(hào)試驗(yàn)件長珩鼠洞形狀示意圖，而4號(hào)試驗(yàn)件長桁鼠洞形狀與1號(hào)試驗(yàn)件相同，試驗(yàn)件材料均為CF3052/BA9916-Ⅱ。

四、加載方案

本試驗(yàn)為四點(diǎn)彎試驗(yàn)，考核隔框試驗(yàn)件在彎矩作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布及承載能力。由于試驗(yàn)件浮框上緣條及剪切帶下緣條不在同一個(gè)平面內(nèi)，加載時(shí)會(huì)在試驗(yàn)件橫截面內(nèi)產(chǎn)生附加彎矩。為抵消這一附加彎矩，采用特殊設(shè)計(jì)的試驗(yàn)夾具，示意圖見附圖3。

五、試驗(yàn)步驟

(1)無損傷試驗(yàn)件靜力試驗(yàn)

a.使用載荷靜力試驗(yàn)；

b.設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)；

c.120％設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

d.加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

(2)在長桁鼠洞附近引入BVID損傷的靜力試驗(yàn)

a.在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

b.使用載荷靜力試驗(yàn)；

c.設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

d.加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

(3)在上緣條上引入BVID損傷的靜力試驗(yàn)

a.在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

b.使用載荷靜力試驗(yàn)；

c.設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)。

d.加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

(4)在長桁鼠洞附近引入BVID損傷的耐久性試驗(yàn)

a.在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢 測(cè)；

b.1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

c.1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

d.120％設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

e.加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

(5)在上緣條上引入BVID損傷的耐久性試驗(yàn)

a.在預(yù)定位置對(duì)試驗(yàn)件引入BVID損傷，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

b.1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

c.1倍壽命的耐久性試驗(yàn)，施加50％設(shè)計(jì)載荷下的等幅譜，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

d.120％設(shè)計(jì)載荷靜力試驗(yàn)，完成后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測(cè)；

e.加載至試驗(yàn)件破壞或無法承載。

本發(fā)明可為我國在研及在役民用飛機(jī)機(jī)身復(fù)合材料隔框結(jié)構(gòu)的研制提供技術(shù)支撐，降低結(jié)構(gòu)重量，提升飛機(jī)性能，降低使用維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效。本發(fā)明已應(yīng)用于某復(fù)合材料民用飛機(jī)項(xiàng)目研制中，完成隔框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及制造，并通過零件級(jí)及部段級(jí)的試驗(yàn)考核驗(yàn)證。

以上所述，僅為本發(fā)明的最優(yōu)具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。