飞机复材结构几何-物理装配状态对服役性能的影响

doi:10.7527/S1000-6893.2024.31030

综述

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飞机复材结构几何-物理装配状态对服役性能的影响

郭飞燕¹(), 闫群², 张永亮³, 肖庆东⁴, 石金康¹, 王仲奇⁵

^1.北京科技大学机械工程学院，北京 100083
^2.沈阳飞机设计研究所，沈阳 110035
^3.沈阳飞机工业（集团）有限公司，沈阳 110850
^4.中国航空制造技术研究院，北京 100024
^5.西北工业大学机电学院，西安 710072

收稿日期:2024-08-01 修回日期:2024-09-18 接受日期:2024-10-27 出版日期:2025-02-13 发布日期:2025-02-12
通讯作者: 郭飞燕 E-mail:2009200890@mail.nwpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52175450);国防基础科研项目(JCKY2023205B006)

Influence of assembly geometric and physical properties of aircraft composite structure on service performance

Feiyan GUO¹(), Qun YAN², Yongliang ZHANG³, Qingdong XIAO⁴, Jinkang SHI¹, Zhongqi WANG⁵

^1.School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China
^2.Shenyang Aircraft Design Institute，Shenyang 110035，China
^3.AVIC Shenyang Aircraft Industrial （Group） Co. ?，Ltd. ，Shenyang 110850，China
^4.AVIC Manufacturing Technology Institute，Beijing 100024，China
^5.School of Mechanical Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China

Received:2024-08-01 Revised:2024-09-18 Accepted:2024-10-27 Online:2025-02-13 Published:2025-02-12
Contact: Feiyan GUO E-mail:2009200890@mail.nwpu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52175450);National Defense Basic Research Project of China(JCKY2023205B006)

摘要/Abstract

摘要：

飞机复材薄壁结构件具有刚性弱、制造偏差大等特点，在装配时易产生几何超差、装配内应力过大与装配损伤等现象。现有装配模式多考虑几何精度上的达成，对于零组件间的装配内应力与损伤分布结果较少关注，不确定性极强的装配物理性能偏差打包至服役环节将直接影响结构稳定性。首先，介绍装配几何超差的种类与特点、装配内应力的产生及装配损伤的形成机理，提出装配体几何-物理-服役装配性能的关联模型，展示装配几何与物理性能对飞机服役性能的双向作用关系；其次，分析初始装配几何超差、内应力与损伤状态在服役过程中的动态变化，以及对飞机结构强度与疲劳寿命等力学性能的影响，为装配工艺环节与服役性能指标间的关联分析提供基础理论指导；最后，解析装配几何与物理性能建模、装配服役性能预测、装配性能与服役性能虚拟仿真试验、面向服役性能保障的装配工艺参数反求等关键技术，并针对如何构建面向服役性能保障的装配工艺模式转型进行了展望。

关键词: 飞机装配, 几何超差, 装配应力, 结构损伤, 服役性能

Abstract:

Due to the weak rigidity and large manufacturing deviations of thin-walled composite structural components， geometric deviations， excessive internal stresses， and assembly damage are prone to occur during assembly. The current assembly modes mostly consider the satisfaction of geometric accuracy， and pay less attention to the distribution of internal stresses and damages between components. The highly uncertain assembly stresses and damages packaged into service will affect structural stability directly. Firstly， the types and characteristics of assembly geometry deviations， the generation of internal stresses in assembly， and the formation mechanism of assembly damage were analyzed. Then， a correlation model between assembly geometry physics service assembly performance was proposed， demonstrating the bidirectional relationship between assembly geometry and physical performance on service performance. Secondly， the dynamic changes of initial assembly geometry deviation， internal stress， and damage state during service， as well as their impact on mechanical properties such as aircraft structural strength and fatigue life were analyzed， and basic theoretical guidance for the correlation analysis between assembly process and service performance indicators would be provided. Finally， key technologies such as assembly geometry and physical performance modeling， assembly service performance prediction， virtual simulation testing of assembly performance and service performance， and reverse engineering of assembly process parameters for service performance assurance were analyzed. Moreover， how to construct an assembly process model transformation for service performance assurance was discussed.

Key words: aircraft assembly, geometric deviation, assembly stress, structural damage, service performance

中图分类号:

V262.4

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图/表 22

表1

图 1

图 2

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表2

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

类型	装配几何超差
曲面类	机表外形型面超差
	外形面之间的间隙/阶差及其一致性分布
	带型面的梁框肋骨架零件之间
	舱门框壁板蒙皮与舱门壁板蒙皮阶差
轴线类	长桁轴线、梁框肋骨架零件的位置度
轴线类	对接孔孔心距偏差（如后机身与垂尾间）
端面类	梁框肋骨架组件端面位置度
端面类	对接框端面位置度

影响因素	结构强度和疲劳寿命
几何超差	外形超差、装配间隙、干涉量等
装配应力	服役载荷加载方式与尺寸效应、环境因素等
装配损伤	环境因素、材料属性、裂纹扩展、纤维破裂等

飞机复材结构几何-物理装配状态对服役性能的影响

Influence of assembly geometric and physical properties of aircraft composite structure on service performance

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