大型客機複合材料壁板少無應力裝配理論和方法研究

《大型客機複合材料壁板少無應力裝配理論和方法研究》是依託北京航空航天大學，由王亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大型客機複合材料壁板少無應力裝配理論和方法研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：王亮
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

複合材料壁板是新一代大型客機機體長壽命高可靠要求所採用的輕量化結構，由於複合材料壁板裝配過程中應力集中容易導致材料疲勞分層等問題，亟需研究套用復材壁板的少無應力裝配方法。本項目面向國內新一代大型客機的精準裝配要求，針對大型客機複合材料壁板裝配工藝特點，發展一種螺栓安裝順序與力矩最佳化和多感測檢測結合的復材壁板裝配新工藝，研究大型客機復材壁板的精確裝配技術。通過本項目的研究，建立大型客機復材壁板少無應力裝配工藝理論和方法，突破復材壁板少無應力裝配最佳化變數選取，螺栓安裝力矩預緊力載荷等效，基於多感測檢測的復材壁板裝配等若干關鍵問題，從而形成複合材料壁板裝配應力的最佳化控制方法，解決大型客機複合材料壁板高精度精確裝配技術難題，為新一代大型客機的研製在製造方面提供裝配理論新方法和先進實用技術，滿足新一代大型客機長壽命高可靠性對工藝技術的需求。

結題摘要

複合材料壁板是新一代大型客機機體長壽命、高可靠性要求所採用的輕量化結構，其裝配過程中應力集中容易導致材料疲勞分層等問題，亟需研究套用於復材壁板的少無應力裝配方法。本項目針對大型客機復材壁板裝配工藝特點，開展了復材壁板連線工藝理論試驗與仿真研究，發展了一種基於多感測檢測的復材壁板裝配新工藝，為解決大型客機復材壁板精確裝配技術難題提供了新方法和先進技術，滿足了新一代大型客機長壽命、高可靠性對工藝技術的需求。 項目開展了復材單釘單剪沉頭螺栓接頭擠壓性能試驗、復材多釘接頭擠壓性能試驗、復材壁板沉頭螺栓接頭三維有限元仿真、基於力感測技術的復材壁板少無應力裝配最佳化技術以及復材壁板少無應力裝配工藝驗證試驗等研究，突破了復材壁板螺栓安裝力矩預緊力載荷等效、復材壁板沉頭螺栓接頭三維漸進損傷建模、基於多感測檢測的復材壁板裝配等關鍵技術，實現了復材壁板沉頭螺栓連線工藝及性能仿真、裝配應力的最佳化控制，進而掌握了基於力感測技術的復材壁板少無應力裝配最佳化技術，並進行了工藝驗證，解決了大型客機復材壁板裝配應力控制難題。具體研究工作如下： 通過三維數字圖像相關測量方法，開展了接頭擠壓性能試驗研究，揭示了連線界麵條件、螺栓裝配間隙與安裝力矩等工藝參數對復材沉頭螺栓接頭性能的影響機理；通過疲勞試驗研究了復材單剪沉頭螺栓接頭循環載入下的載荷位移行為；通過拉伸試驗分析了多釘連線試驗件的失效形式，揭示了螺栓安裝力矩和擰緊順序對復材板多釘連線強度的影響規律；建立了復材沉頭螺栓接頭三維有限元仿真模型並開展了接頭三維應力分析，實現了復材壁板沉頭螺栓連線工藝及性能仿真；基於隱式與顯式算法開展了復材沉頭螺栓接頭建模研究；基於三維Hashin失效準則建立了復材沉頭螺栓連線的漸進損傷模型，分析了接頭的典型失效模式以及損傷發展規律；研究了自適應少無應力裝配原理，針對壁板裝配定位的壓緊操作，研究了基於直接力控制策略確定壓緊力的方法，提出了一種基於灰距離測度小樣本數據區間估計算法的壁板壓緊力最佳化方法；在某型機後機身部件裝配中，開展了基於力控制技術的壁板壓緊力最佳化試驗，驗證了所提出的壁板少無應力裝配最佳化技術的有效性。 項目培養博士後1人，已出站1人，博士生2人，已畢業1人，碩士生3人，已畢業3人；發表論文8篇，其中SCIE檢索3篇；申請發明專利2項，其中已授權2項。