第1章 绪论 1
1.1 飞机结构完整性大纲的形成和进展 1
1.1.1 结构完整性大纲的地位和作用 2
1.1.2 结构完整性大纲形成过程 2
1.1.3 结构完整性大纲发展状态 3
1.1.4 我国结构完整性大纲的进展 3
1.2 结构强度技术进步的动力 4
1.2.1 ASIP贯彻和实施 4
1.2.2 新型号指标和改进改型要求持续提高 6
1.2.3 不断涌现的新材料新工艺新结构 6
1.2.4 计算结构和虚拟试验技术 7
1.3 21世纪以来的进展回顾 7
1.3.1 “十五”期间的进展回顾 7
1.3.2 “十一五”期间的研究成效 8
1.3.3 “十二五”期间的研究进展 9
1.4 本书的章节和内容 9
第2章 结构分析及优化设计技术 11
2.1 概述 11
2.2 飞行器结构有限元建模 12
2.2.1 结构有限元建模一般方法 12
2.2.2 典型结构刚度等效建模技术 13
2.2.3 加筋板结构屈曲后屈曲分析的建模技术 21
2.3 飞机结构损伤分析技术 25
2.3.1 线弹性材料的断裂判据 26
2.3.2 多尺度模型分析含缺陷结构的力学行为 26
2.4 结构优化技术 32
2.4.1 飞机结构多层次优化设计方法 32
2.4.2 飞机结构多学科优化设计方法 38
2.4.3 计及损伤容限的结构优化设计方法 50
2.4.4 可靠性优化设计 53
2.5 飞机结构分析与优化实例 57
2.5.1 概述 57
2.5.2 机身结构优化设计 57
2.5.3 机翼结构分层次优化设计 59
2.6 小结 61
参考文献 62
第3章 飞机结构耐久性/损伤容限技术 64
3.1 概述 64
3.2 疲劳试验中的载荷谱简化与加重技术 64
3.2.1 载荷谱简化及加重技术规范要求与准则 65
3.2.2 疲劳试验中的载荷谱简化工程方法 66
3.2.3 疲劳试验中的载荷谱加重方法 70
3.2.4 等比例加重在裂纹扩展试验中的应用研究 75
3.2.5 一种基于疲劳累积损伤概率模型的载荷谱简化方法 76
3.3 广布疲劳损伤评估及控制技术 85
3.3.1 广布疲劳损伤相关定义 87
3.3.2 广布疲劳损伤的概率疲劳工程分析方法 88
3.3.3 含多裂纹结构的应力强度因子的计算方法 95
3.3.4 含多裂纹结构的剩余强度判据 99
3.4 整体壁板结构设计分析技术 101
3.4.1 整体壁板结构特点 101
3.4.2 整体壁板结构裂纹转折特性研究 102
3.4.3 机身整体壁板结构与组装结构对比分析与验证 107
3.5 摩擦焊接头疲劳可靠性分析 109
3.5.1 摩擦焊接方法分类及应用 109
3.5.2 摩擦焊工艺对强度性能影响 110
3.5.3 摩擦焊接头疲劳强度统计特征 112
3.5.4 摩擦焊接头残余应力测试及控制方法 114
3.5.5 摩擦焊接头疲劳可靠性分析与优化 115
3.6 结构/机构疲劳可靠性试验技术 116
3.6.1 襟缝翼运动机构可靠性试验技术 117
3.6.2 起落架收放试验技术 118
3.7 机身壁板复杂载荷耐久性/损伤容限试验技术 122
3.7.1 机身壁板结构受力特点 122
3.7.2 气密载荷施加方法 122
3.7.3 气密/轴向拉伸载荷边界模拟与载荷施加方法 123
3.7.4 气密/压缩载荷边界模拟与载荷施加方法 124
3.7.5 机身壁板剪切载荷边界模拟与施加方法 125
3.7.6 机身壁板耐久性/损伤容限复合加载试验技术 126
3.8 飞机结构维修及维修大纲制订 128
3.8.1 复合材料补片黏结修补金属结构技术 128
3.8.2 飞机机体结构损伤容限修理评估 129
3.8.3 维修大纲制订基础技术 129
3.9 小结 133
参考文献 133
第4章 复合材料结构强度技术 136
4.1 概述 136
4.2 整体化复合材料结构基本单元——T接头 137
4.2.1 T接头的分类、用途及其破坏机理 137
4.2.2 T接头的元件级试验方法 139
4.2.3 T接头破坏的有限元分析 142
4.2.4 界面缺陷对T接头强度的影响 145
4.3 后屈曲复合材料结构应用基础研究 146
4.3.1 后屈曲复合材料结构刚度变化与传载分析 146
4.3.2 复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效分析方法 154
4.3.3 结构后屈曲性能的试验表征 158
4.3.4 后屈曲复合材料结构的应用展望 162
4.4 基于渐进破坏的复合材料连接强度分析方法 163
4.4.1 用自定义黏结元模拟接触 163
4.4.2 基于黏结元接触技术的复合材料机械连接分析方法应用 164
4.5 复合材料结构性能表征的标准化试验技术 167
4.5.1 试验标准研究 167
4.5.2 CAI试验冲击损伤引入方法的探索 175
4.5.3 试验数据管理 178
4.6 复合材料加筋壁板的稳定性试验方法 180
4.6.1 剪切载荷下的稳定性试验方法 180
4.6.2 压缩载荷下的稳定性试验方法 181
4.6.3 压缩一剪切复合载荷下的稳定性试验方法 182
4.6.4 复合材料机身壁板在综合载荷下的稳定性试验方法 183
4.7 小结 185
参考文献 185
第5章 飞机结构动强度技术 187
5.1 概述 187
5.2 飞机地面振动试验 187
5.2.1 大型飞机GVT空气弹簧支持系统设计 188
5.2.2 相位共振/相位分离一体化模态识别技术 192
5.2.3 工作模态识别 194
5.3 离散源撞击分析与验证 198
5.3.1 固体材料的应变率效应与测试 199
5.3.2 冰雹撞击分析与试验 203
5.3.3 鸟撞分析与试验 206
5.3.4 结构战伤模拟分析与试验 208
5.4 民机结构适坠性设计与验证 210
5.4.1 民机机身结构坠撞建模与分析 210
5.4.2 民机结构适坠性试验 214
5.4.3 机身段坠撞试验与仿真分析的相关性分析 216
5.4.4 民机机身结构适坠性评估技术 219
5.4.5 民机典型机身段吸能结构技术 221
5.4.6 航空座椅动态试验技术 225
5.5 结构振动控制 230
5.5.1 飞机抖振载荷减缓技术 232
5.5.2 飞机典型壁板结构振动半主动控制 244
5.6 考虑发动机陀螺效应的飞机突风载荷预计 251
5.6.1 陀螺力矩与陀螺效应 251
5.6.2 翼吊发动机广义陀螺矩阵 252
5.6.3 涉及陀螺效应的振动特性分析 253
5.6.4 涉及发动机陀螺效应的突风载荷分析 253
5.7 多轮多支柱起落架落震试验 255
5.7.1 试验方法 256
5.7.2 关键设备 256
5.7.3 试验验证 259
5.8 起落架非线性摆振分析与验证 260
5.8.1 分析方法原理 260
5.8.2 计算分析 262
5.8.3 试验验证 265
5.9 小结 267
参考文献 267
第6章 航空声学与振动环境技术 269
6.1 概述 269
6.2 飞机噪声源预计与控制 269
6.2.1 飞机噪声源预计 270
6.2.2 涡扇发动机短舱消声 276
6.2.3 起落架气动噪声控制 284
6.3 飞机噪声源识别测试 288
6.3.1 声源识别概述 288
6.3.2 传声器阵列声源识别基本原理 288
6.3.3 利用传声器阵列技术识别飞机噪声源 292
6.4 飞机舱内噪声计算与控制 300
6.4.1 飞机舱内噪声计算方法 301
6.4.2 飞机舱内噪声控制技术 303
6.4.3 “新舟”系列飞机舱内噪声控制 310
6.4.4 涡桨飞机舱内噪声主动 317
6.5 飞机结构声疲劳试验 322
6.5.1 声疲劳特性测试 322
6.5.2 飞机典型结构声疲劳试验技术 327
6.5.3 联合载荷环境声疲劳试验 329
6.5.4 进气道结构的声疲劳试验方法 330
6.6 飞机后机身结构动态疲劳试验 331
6.6.1 飞机结构动态疲劳问题概述 332
6.6.2 F/A-18动态疲劳试验 333
6.6.3 动态疲劳试验系统 335
6.6.4 动态疲劳试验技术 336
6.6.5 某型先进战斗机动态疲劳试验 340
6.7 振动与其他环境联合试验 342
6.7.1 热振联合环境试验的振动控制技术 342
6.7.2 噪声-温度-振动联合环境试验测试技术 344
6.7.3 振动-噪声-温度-湿度四综合环境试验 350
6.8 小结 350
参考文献 351
第7章 飞行器结构热强度技术 354
7.1 概述 354
7.2 飞行器抗热结构设计 354
7.2.1 抗热结构设计思想的演变 355
7.2.2 热结构设计方法 357
7.2.3 热防护系统设计方法 359
7.2.4 抗热结构设计流程 359
7.3 飞行器结构热分析 361
7.3.1 飞行器结构温度场有限元分析 361
7.3.2 温度场分析工程案例 366
7.3.3 飞行器结构热应力有限元分析 370
7.3.4 热应力分析工程案例 371
7.4 飞行器结构热试验 374
7.4.1 典型结构热试验技术 375
7.4.2 热试验控制技术 379
7.4.3 高温测试与标定技术 384
7.4.4 工程应用案例 388
7.5 小结 392
参考文献 393
第8章 全尺寸结构静强度/疲劳试验技术 395
8.1 概述 395
8.2 试验设计技术 395
8.2.1 计算机辅助试验设计技术 395
8.2.2 载荷优化处理技术 397
8.3 试验加载技术 399
8.3.1 结构载荷施加技术 399
8.3.2 多轮多支柱起落架支持技术 414
8.3.3 试验扣重技术 419
8.4 试验数据测量与分析技术 422
8.4.1 非接触式位移测量技术 422
8.4.2 应变片信息管理技术 424
8.4.3 应变片电子标识技术 426
8.4.4 基于应变数据的损伤监测技术 428
8.5 小结 433
参考文献 433
第9章 飞机结构强度虚拟试验技术 435
9.1 概述 435
9.2 飞机结构强度虚拟试验简介 435
9.2.1 概念和内涵 435
9.2.2 虚拟试验内容 436
9.2.3 虚拟试验在飞机研制过程中的作用 437
9.3 飞机结构强度虚拟试验环境模型 439
9.3.1 虚拟试验环境模型的建立 439
9.3.2 虚拟装配 442
9.4 飞机结构强度虚拟试验件模型 446
9.4.1 虚拟试验件建模 446
9.4.2 模型校核与验证 449
9.4.3 模型管理 450
9.4.4 虚拟试验与物理试验相关性评估 450
9.5 结构静强度破坏分析技术 453
9.5.1 金属结构渐进破坏分析技术 453
9.5.2 复合材料层合板渐进破坏分析技术 458
9.5.3 非匹配多重网格算法技术 460
9.6 虚拟试验显示技术 464
9.6.1 虚拟试验结果的显示技术 465
9.6.2 物理试验结果的实时显示技术 468
9.6.3 虚拟试验性能数字样机技术 470
9.7 飞机结构强度虚拟试验数据管理 471
9.7.1 虚拟试验数据管理架构 471
9.7.2 基于流程的虚拟试验数据 473
9.7.3 虚拟试验数据的分析应用 473
9.8 小结 474
参考文献 474
第10章 飞机气候试验 476
10.1 概述 476
10.2 飞机气候试验及其作用 476
10.2.1 飞机气候环境适应性与飞机环境工程 476
10.2.2 飞机气候试验 477
10.2.3 飞机气候试验的分类 478
10.2.4 飞机气候试验的作用 478
10.2.5 飞机气候实验室 479
10.3 飞机气候试验标准 479
10.3.1 国内外飞机气候试验标准发展概况 479
10.3.2 国外现有环境试验标准 480
10.3.3 国内现有环境试验标准 482
10.3.4 武器装备气候环境试验方法标准与飞机气候试验的关系 483
10.4 飞机气候试验管理及工作程序 484
10.4.1 飞机气候试验管理 484
10.4.2 飞机气候试验工作程序 485
10.5 飞机气候试验的内容 487
10.5.1 飞机经受的气候环境因素与量值 487
10.5.2 试验顺序 489
10.5.3 飞机气候试验检测 489
10.6 飞机气候环境适应性评定 490
10.6.1 飞机气候环境适应性评定和目的 490
10.6.2 飞机实验室气候环境适应性评定 490
10.7 飞机气候试验展望 492
10.7.1 国外发展情况 492
10.7.2 我国飞机气候试验展望 493
10.8 小结 494
参考文献 494
第11章 飞机结构无损检测技术 495
11.1 概述 495
11.2 超声相控阵检测技术 495
11.2.1 超声相控阵检测技术原理及特点 496
11.2.2 超声相控阵检测系统 496
11.2.3 复合材料结构的超声相控阵检测技术 497
11.2.4 超声相控阵技术在金属结构中的应用 505
11.3 红外热成像检测技术 507
11.3.1 红外热成像无损检测原理 507
11.3.2 红外热成像检测方法的分类 507
11.3.3 脉冲法和锁相法检测技术的对比性研究 508
11.3.4 红外热成像无损检测技术在航空结构中的工程应用 510
11.4 数字化射线成像技术 516
11.4.1 CR、 DR的成像原理及其优缺点 516
11.4.2 射线数字成像技术在航空结构上的应用 517
11.5 激光无损检测技术 519
11.5.1 激光剪切散斑检测技术 519
11.5.2 激光超声检测技术 520
11.6 紧固件原位检测技术 523
11.6.1 紧固件原位检测技术原理 523
11.6.2 紧固件原位检测技术的应用 524
11.7 声发射监测技术 526
11.7.1 声发射监测技术原理 526
11.7.2 声发射技术的特点 527
11.7.3 声发射技术在结构强度试验中的应用 527
11.8 银粉涂层监测技术 536
11.8.1 银粉涂层监测技术原理 536
11.8.2 银粉涂层监测系统 536
11.8.3 银粉涂层监测技术在强度试验中的应用 537
11.9 小结 538
参考文献 538
第12章 飞机结构健康监测技术 540
12.1 概述 540
12.2 飞机结构健康监测技术的效益及实现策略 541
12.2.1 飞机结构健康监测的效益 542
12.2.2 飞机结构健康监测的实现策略 543
12.3 结构健康监测传感器技术 547
12.3.1 光纤光栅传感器技术 548
12.3.2 压电传感器技术 552
12.3.3 含金属芯压电纤维传感器技术 555
12.3.4 其他新型传感器技术 556
12.4 结构健康监测仪器技术 560
12.4.1 光纤光栅应变解调仪 560
12.4.2 基于压电传感器的主动监测系统 563
12.4.3 压电被动监测系统 568
12.4.4 压电主被动合成监测系统 569
12.4.5 基于智能涂层传感器原理的裂纹监测系统 571
12.5 结构损伤监测技术 572
12.5.1 基于压电的主动Lamb波损伤监测技术 572
12.5.2 基于压电的被动监测方法 580
12.5.3 基于MPF的冲击定位方法 582
12.6 结构健康监测综合集成技术 585
12.6.1 综合集成系统总体架构 585
12.6.2 飞机地面强度试验结构健康监测综合集成系统应用 591
12.7 小结 594
参考文献 595