CN104318044A - 一种座舱盖有机玻璃外场使用故障容限的制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于疲劳学领域，涉及一种座舱盖有机玻璃外场使用故障容限的制定方法，其特征在于，包括如下步骤：确定座舱盖有机玻璃典型的故障模式，预制座舱盖玻璃拉伸疲劳标准试样、故障玻璃元件试验件以及故障修复后有机玻璃试验件，进行带缺陷以及不带缺陷座舱盖玻璃老化试验，应用老化后的试验件进行疲劳性能测试，编制座舱盖疲劳载荷谱，建立座舱盖疲劳细节分析模型，计算疲劳载荷谱下座舱盖有机玻璃应力谱，采用元件疲劳性能测试数据对座舱盖有机玻璃寿命进行估算，根据估算结果给出座舱盖玻璃在目标寿命下的故障容限。本发明能大幅度地提高座舱盖的使用效率，减少维修费用，并能够保证使用安全，具有重要意义，经济效益显著。

Description

一种座舱盖有机玻璃外场使用故障容限的制定方法

技术领域

本发明属于飞机疲劳学领域，涉及一种座舱盖有机玻璃外场使用故障容限的制定方法。

背景技术

座舱盖有机玻璃在外场使用过程中，由于受到的载荷作用、风沙吹袭、维护过程疏忽和磕碰不可避免的会出现各种损伤，而以往针对座舱盖有机玻璃表面出现的损伤通常采用两种处理方式：出现故障就打磨处理或是凭经验给出是否处理的意见。第一种方式能够保证座舱盖的使用安全，但浪费大量的人力物力，限制了座舱盖的使用；第二种方式给出的修理标准可能过于保守或过于危险，不能确保座舱盖的使用安全。本发明的优点是：应用试验与分析相结合的方法确定座舱盖有机玻璃的故障容限，能够大幅度地提高座舱盖的使用效率，减少维修费用，并能够保证使用安全，具有重要意义，经济效益显著。

发明内容

本发明的目的是：提出一种座舱盖有机玻璃使用故障容限的制定方法，能够简单、准确地进行疲劳分析，给出座舱盖有机玻璃的使用故障标准，工作流程见图1。

本发明的技术方案是：一种座舱盖有机玻璃使用故障容限的制定方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，预制有机玻璃拉伸疲劳标准试样、带划伤和银纹故障的有机玻璃试验件以及故障修复后有机玻璃试验件；

第二，进行有机玻璃老化试验；

第三，应用老化后的有机玻璃试验件进行疲劳性能测试；

第四，编制座舱盖疲劳载荷谱；

第五，建立座舱盖疲劳细节有限元分析模型；

第六，计算疲劳载荷谱下座舱盖有机玻璃应力谱；

第七，采用试验件疲劳性能测试数据对座舱盖有机玻璃寿命进行估算；

估算采用线性累积损伤理论进行，损伤计算公式为：

$D_i=\frac{n_i}{N_i}---\left(1\right)$

式中：D_i为损伤

n_i为载荷谱中各剖面的循环次数；

N_i为应力谱对应结构S-N中的循环次数；

i为对应载荷谱中的各剖面。

确定估算寿命为：

$T=\frac{T_{\mathrm{mb}}}{f\·\mathrm{\Σ}{D}_i}---\left(2\right)$

式中：f为分散系数；

T_mb为座舱盖目标寿命。

分别采用不带缺陷、带缺陷和缺陷修复后的座舱盖玻璃元件疲劳性能数据对座舱盖有机玻璃进行寿命估算，得到不同深度缺陷座舱盖有机玻璃的估算寿命。

第九，根据估算结果给出座舱盖玻璃在目标寿命下的故障容限

根据各种损伤深度座舱盖有机玻璃的寿命计算结果与寿命指标相比较，如T＜T_mb，则该缺陷深度下估算寿命不能满足寿命指标的要求，需对缺陷进行修理，由此确定座舱盖有机玻璃的故障容限。

本发明的优点是：应用试验与分析相结合的方法对带故障的座舱盖有机玻璃进行寿命评估，过程比较简单，该方法符合传统强度校核理念，利于强度工程师理解和掌握。计算工作量也相对较少，能够准确的给出方便外场操作的座舱盖使用故障容限，节约了维修成本，具有重要意义，经济效益显著。

附图说明

图1是座舱盖有机玻璃故障容限制定流程图

图2是有机玻璃拉伸疲劳典型元件图

图3是带划伤有机玻璃拉伸疲劳典型元件图

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

下面给出了某座舱盖有机玻璃使用故障容限制定的例子。

首先，确定座舱盖有机玻璃典型的故障模式

经过调研和分析，确定了使用过程中座舱盖玻璃出现过的典型故障形式：银纹和划伤，以及缺陷可能出现的深度范围。

第一，预制座舱盖有机玻璃拉伸疲劳标准试样、故障玻璃元件试验件以及故障修复后有机玻璃试验件

试验件的加工方法如下：

1）首先预制座舱盖玻璃拉伸疲劳标准试样，见图2；

2）典型划伤试验件是在拉伸疲劳标准试样的基础上采用刻刀固定深度和划痕的宽度，沿试验件轴线方向划出不同角度的划痕，典型试样见图3；

3）典型银纹试样是将拉伸疲劳标准试样放置到弯曲试验机上，在工作段涂刷丙酮等有机溶剂，加载后预制银纹；

4）修复后试样是在预制好典型划伤及银纹试样的基础上采用研磨抛光的方式消除缺陷，根据缺陷的深度不同，预制出不同厚度的修复后试样。

第二，进行座舱盖玻璃老化试验

根据座舱盖使用寿命的要求，对座舱盖玻璃试验件进行老化试验，老化时间与座舱盖目标寿命时间一致。

第三，应用老化后的试验件进行疲劳性能测试

将老化后的试验件进行拉伸疲劳性能测试，确定不同缺陷形式及缺陷深度座舱盖玻璃老化后的疲劳性能。

不同深度划伤有机玻璃常温拉伸疲劳条件疲劳极限见表1。

表1不同深度划伤有机玻璃常温拉伸疲劳条件疲劳极限

由表1可见，划伤深度0.4mm时有机玻璃疲劳性能有显著下降。

第四，编制座舱盖疲劳载荷谱

根据载荷谱编制流程编制座舱盖疲劳载荷谱，共分为16个载荷工况，包含了座舱盖在全包线范围内高温、低温、中温以及常温各种谱型。

第五，建立座舱盖疲劳细节分析模型

将座舱盖有机玻璃建为体元，沿厚度方向分成10层，并将计算的温度梯度施加到座舱盖有机玻璃上。将座舱内的增压载荷施加到有机玻璃的内表面，气动载荷施加到有机玻璃的外表面，并在两侧骨架上施加约束模拟骨架与口框之间的连接。

第六，计算疲劳载荷谱下座舱盖有机玻璃应力谱

采用座舱盖疲劳细节分析模型对温度载荷谱中的不同剖面进行应力分析，得到对应的应力谱见表2。

表2座舱盖应力谱

第七，采用元件疲劳性能测试数据对座舱盖有机玻璃寿命进行估算

根据座舱盖的结构特点对测试的材料S-N曲线进行修正，修正系数见表3。

表3有机玻璃S-N曲线修正系数

采用修正后的S-N曲线对对应寿命为1200飞行小时载荷谱下的座舱盖有机玻璃进行寿命估算，寿命估算选取分散系数为6，不同深度划伤有机玻璃的累积损伤见表4：

表4不同深度划伤有机玻璃的累积损伤

无划伤的座舱盖有机玻璃的寿命为飞行小时；

划伤深度0.3mm的座舱盖有机玻璃的寿命为飞行小时；

划伤深度0.4mm的座舱盖有机玻璃的寿命为飞行小时。

第八，根据估算结果给出座舱盖玻璃在目标寿命下的故障容限

根据估算结果划伤深度为0.3mm以下的划伤能够满足目标寿命1200飞行小时的要求，而划伤深度0.4mm则疲劳性能下降较大，不能满足目标寿命的需求。

Claims (1)

1.一种座舱盖有机玻璃使用故障容限的制定方法，座舱盖有机玻璃典型的故障模式为划伤和银纹，其特征在于，包括如下步骤：

第一，预制有机玻璃拉伸疲劳标准试样、带划伤和银纹故障的有机玻璃试验件以及故障修复后有机玻璃试验件；

第二，进行有机玻璃老化试验；

第三，应用老化后的有机玻璃试验件进行疲劳性能测试；

第四，编制座舱盖疲劳载荷谱；

第五，建立座舱盖疲劳细节有限元分析模型；

第六，计算疲劳载荷谱下座舱盖有机玻璃应力谱；

第七，采用试验件疲劳性能测试数据对座舱盖有机玻璃寿命进行估算；

估算采用线性累积损伤理论进行，损伤计算公式为：

$D_i=\frac{n_i}{N_i}---\left(1\right)$

式中：D_i为损伤

n_i为载荷谱中各剖面的循环次数；

N_i为应力谱对应结构S-N中的循环次数；

i为对应载荷谱中的各剖面；

确定估算寿命为：

$T=\frac{T_{\mathrm{mb}}}{f\·\mathrm{\Σ}{D}_i}---\left(2\right)$

式中：f为分散系数；

T_mb为座舱盖目标寿命；

分别采用不带缺陷、带缺陷和缺陷修复后的座舱盖玻璃元件疲劳性能数据对座舱盖有机玻璃进行寿命估算，得到不同深度缺陷座舱盖有机玻璃的估算寿命；

第八，根据估算结果给出座舱盖玻璃在目标寿命下的故障容限

根据各种损伤深度座舱盖有机玻璃的寿命计算结果与寿命指标相比较，如T＜T_mb，则该缺陷深度下估算寿命不能满足寿命指标的要求，需对缺陷进行修理，由此确定座舱盖有机玻璃的故障容限。