一种模拟飞机部件危险部位在空中受载下的地面试验方法与流程

本发明应用领域是属于飞机部件地面模拟试验技术领域，尤其涉及特指一种模拟飞机部件危险部位在空中受载下的地面试验方法。

背景技术：

飞机在国家的经济领域、交通领域、军事领域占据着重要地位。由飞机结构疲劳失效、静强度破坏导致的结构断裂，导致严重的事故发生，而疲劳破坏和静强度破坏往往是发生在零部件应力集中的关键部位，因此需要对飞机结构进行疲劳和静强度试验。但进行整机疲劳试验和静强度试验的时间成本和经济成本都是十分巨大的，因此针对飞机零部件关键部位发明出的地面模拟试验技术具有重要的工程实际意义。

目前的地面飞机静强度试验和疲劳强度试验是在整机实验台上进行的，需要对整机进行加载，构建整机试验台所耗费的时间之长和设备之多，都限制了飞机地面模拟试验效率的提高，而且整机模拟试验对于飞机关键部件的针对性很低，所提出一种模拟飞机部件危险部位在空中受载下的地面试验方法能够高效率、低成本、有针对性地进行飞机地面模拟试验。

技术实现要素：

本发明目的在于为满足飞机部件地面模拟试验的需求，提出了一种模拟飞机部件危险部位在空中受载下的地面试验方法，该方法也适用于对其它飞机机械结构的部件进行离线模拟试验。

本发明采用的技术方案为一种飞机部件危险部位地面模拟空中受载试验方法，实现该方法的其步骤为：

步骤1)：在飞机待测试部件的应力集中处粘贴应变片及应变花，在应力集中部位附近的10mm内主要的受力方向至少粘贴一个应变片，围绕此应变片在周围粘贴三方向应变花，保证主要受力方向、与主要受力方向呈45°、90°、135°的方向都有应变片；

步骤2)：记录飞机每个飞行历程的各个应变片和应变花的应变谱，如果进行静强度试验则提取最大应变，如果进行疲劳强度试验则对应变谱进行滤波，滤除不产生损伤的小载荷；

步骤3)：根据飞机待测试部件的受力情况，找到此飞机待测试部件的主要受力位置和受力方向，使用激振器搭建地面模拟试验台，通过地面模拟试验台模拟飞机待测试部件的主要受力状态；

步骤4)：使用有限元模拟软件创建飞机待测试部件的有限元模型，并在有限元模拟软件中施加和搭建的地面模拟试验台相同的边界条件，提取与飞机待测试部件实测部位相同位置的应变作为目标值，将边界条件中加载力的大小作为变量并给定变量的取值范围，通过有限元分析软件的优化求解，得出与飞机实测应变接近的应变值下的载荷即为地面模拟试验的载荷值；

步骤5)：在地面模拟试验台进行模拟试验的飞机待测试部件上粘贴应变片，保证应变片与飞机上应变片位置相同，使用步骤4)中求得地面模拟试验的载荷值进行加载，并记录各应变片测得的应变值；

步骤6)：比较步骤5)中测得的应变值和步骤2)中飞机上的实测值，如果误差小于5％则进行试验，否则返回步骤3)重新进行受力分析。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

本发明的优点在于：提出了一种模拟飞机部件危险部位在空中受载下的地面试验方法。该方法能够较真实的模拟飞机部件关键部位的受力情况，从而能够进行飞机部件的各种地面模拟试验。较传统的整机地面试验相比，本方法在试验成本和时间成本方面都有明显的优势，并且针对性较高，能够有效地模拟飞机的具体部位受力情况。

附图说明

图1本发明方法实现飞机部件地面试验的流程图。

图2本发明应变片粘贴位置示意图。

图3本发明方法的试验台示意图。

图4本发明的应变效果示意图。

图5本发明的疲劳试验寿命效果示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明通过飞机部件地面疲劳试验对本发明作了进一步说明，

一种飞机部件危险部位地面模拟空中受载试验方法，具体计算方法如下：

步骤1)：在飞机待测试部件的应力集中处粘贴应变片及应变花，保证应变片测量应变最大方向，如图2所示，在应力集中部位附近的10mm内在主要的受力方向至少粘贴一个应变片，围绕此应变片在周围粘贴三方向应变花，保证主要受力方向、与主要受力方向呈45°、90°、135°的方向都有应变片；

步骤2)：记录飞机每个飞行历程的各个应变片和应变花的应变谱，本试验为疲劳试验，需对应变谱进行滤波，滤除不产生损伤的小载荷；

步骤3)：根据飞机待测试部件的受力情况，找到此飞机待测试部件的主要受力位置和受力方向，使用激振器搭建地面模拟试验台，通过地面模拟试验台模拟飞机待测试部件的主要受力状态，如图3所示，分别使用激振器1、激振器2和激振器3模拟该待测试部件的受力状态；

步骤4)：使用有限元模拟软件创建飞机待测试部件的有限元模型，并在有限元模拟软件中施加和搭建的地面模拟试验台相同的边界条件，提取与飞机待测试部件实测部位相同位置的应变作为目标值，将边界条件中加载力的大小作为变量并给定变量的取值范围，通过有限元分析软件的优化求解，得出与飞机实测应变接近的应变值下的载荷即为地面模拟试验的载荷值；

步骤5)：在地面模拟试验台进行模拟试验的飞机待测试部件上粘贴应变片，保证应变片与飞机上应变片位置相同，使用步骤4)中求得地面模拟试验的载荷值进行加载，并记录各应变片测得的应变值；

步骤6)：比较步骤5)中测得的应变值和步骤2)中飞机上的实测值，如果误差小于5％则进行试验，否则返回步骤3)重新进行受力分析。

本发明的优点在于：提出了一种飞机部件危险部位地面模拟空中受载试验方法。该方法能够较真实的模拟飞机部件关键部位的受力情况进行飞机部件的各种地面试验，较传统的整机地面试验相比，本方法的试验成本和时间成本都有明显的优势，并且针对性较高，能够有效地模拟飞机的具体部位受力情况，对于某些寿命偏低的部件能够单独进行试验，为结构优化设计较快的提供实质性的反馈。

为了验证本发明提出的飞机部件危险部位地面模拟空中受载试验方法的效果，将本方法应用到飞机某部件上，经过模拟计算和试验验证，发现地面模拟试验的应变值和飞机部件在空中实测的应变值几乎一致，如图4所示。并且该部件采用该方法的疲劳试验寿命和空中的实际使用寿命也十分接近，都在2倍因子内，如图5所示。因此，提出的一种飞机部件危险部位地面模拟空中受载试验方法能够准确的模拟飞机部件危险部位空中受载情况。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种模拟飞机部件危险部位在空中受载下的地面试验方法，涉及飞机部件地面模拟试验领域，该方法的步骤为：(1)在飞机上部件的待试验位置粘贴应变片和应变花；(2)记录飞机每个飞行起落各个应变片和应变花的应变谱；(3)根据飞机部件的实际受力情况，搭建地面试验台；(4)使用有限元模拟软件建立该部件在地面试验台的有限元模型，求出达到实测应变值加载力的大小；(5)使用求出的加载值对部件进行加载，并测取飞上相同部位的应变值；(6)比较试验测得的应变值和飞机上的实测值，如果误差小于5％则可进行试验，否则返回步骤(3)重新进行受力分析。该方法能较好地模拟飞机部件关键部位的实际受力情况。

技术研发人员：尚德广;惠杰;陈群志;张强;蔡佳昆;王智;刘克格;张书明;薛卫军
受保护的技术使用者：北京工业大学;北京航空工程技术研究中心;国机集团北京飞机强度研究所有限公司
技术研发日：2018.06.19
技术公布日：2018.12.21