中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

在過(guò)去的50年里，飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷的處理一直是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。各種不同的災(zāi)難事件已經(jīng)獲得了一些關(guān)鍵見解，這些見解如今塑造了飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念。其中之一就是安全壽命結(jié)構(gòu)和故障安全結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別。

安全壽命部件的設(shè)計(jì)目的是在整個(gè)使用壽命期間不出現(xiàn)裂紋和缺陷，而裂紋和缺陷對(duì)部件的應(yīng)力狀態(tài)起著主要作用。因此，產(chǎn)生裂紋所需的疲勞壽命將低于預(yù)期的使用壽命。這種設(shè)計(jì)方法主要用于沒(méi)有備用件且故障會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)損失的部件。安全壽命部件的一個(gè)典型例子是起落架，這仍然是起落架采用高強(qiáng)度鋼制造的原因之一，工程師們對(duì)此擁有悠久的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

第二種“故障安全”設(shè)計(jì)理念假設(shè)任何實(shí)際制造過(guò)程都會(huì)在零件內(nèi)部引入缺陷，即使是微觀的，也可能因批次不同而有所差異，并可能在使用壽命期間不斷增大。因此，故障安全組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為可承受所有施加的負(fù)載，直至缺陷達(dá)到一定程度，即所謂的“臨界尺寸”，這通常可以通過(guò)肉眼檢測(cè)并充當(dāng)應(yīng)力集中器。通過(guò)這種方式，關(guān)鍵組件會(huì)在特定的服務(wù)間隔內(nèi)受到持續(xù)監(jiān)控，以確保沒(méi)有裂紋超過(guò)臨界缺陷尺寸，如果發(fā)生這種情況，則隨后進(jìn)行更換。

此外，還采用裂紋擴(kuò)展分析來(lái)確定裂紋擴(kuò)展至臨界尺寸需要多少次飛行/負(fù)載循環(huán)。這些見解大多源自工程師在過(guò)去50年里在金屬飛機(jī)領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)，事實(shí)上，從木質(zhì)飛機(jī)到金屬飛機(jī)的過(guò)渡期間，學(xué)習(xí)曲線相當(dāng)陡峭。

如今，我們正面臨著類似的轉(zhuǎn)變，從金屬材料向以纖維增強(qiáng)塑料為主的塑料和其他先進(jìn)材料轉(zhuǎn)變，這些材料的失效機(jī)制通常比金屬?gòu)?fù)雜得多。

首先，在金屬結(jié)構(gòu)中，裂紋通常始于缺陷或應(yīng)力集中，然后在疲勞載荷下擴(kuò)展，直至最終失效。然而，復(fù)合材料中的損傷形態(tài)完全不同：大量微觀缺陷（例如樹脂固化后收縮過(guò)程中出現(xiàn)的微裂紋）存在于大量材料中，這些缺陷可能會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)展成不同的失效機(jī)制。

其次，大多數(shù)金屬都具有延性失效機(jī)制，因此可以通過(guò)塑性變形的開始直觀地檢測(cè)到過(guò)載。因此，在結(jié)構(gòu)超載和災(zāi)難性故障之間通常會(huì)有一個(gè)警告期。另一方面，纖維增強(qiáng)塑料，特別是碳纖維復(fù)合材料，會(huì)因更脆、更突然的機(jī)制而失效。

第三，雖然裂紋擴(kuò)展是金屬結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)的主要驅(qū)動(dòng)因素，如今可以使用分析方法或有限元代碼相當(dāng)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展，但纖維增強(qiáng)塑料還有許多其他同樣重要的故障機(jī)制和制造缺陷。一些例子是纖維斷裂、基體裂紋、基體纖維脫粘、分層、空隙、層板錯(cuò)位、浸漬不足和纖維波紋。

分層等層間故障尤其重要，因?yàn)楫?dāng)層壓板在整個(gè)厚度方向上受力時(shí)，它們會(huì)非常迅速地發(fā)生，例如在縱梁跑偏、C型梁的拐角半徑或簡(jiǎn)單的撞擊事件（如工廠中的工具掉落）中。由于垂直方向通常沒(méi)有增強(qiáng)纖維，因此結(jié)構(gòu)完整性僅由弱基質(zhì)保證。由于這種固有的弱點(diǎn)，不同的層可能在其層壓界面處被拉開。諸如全厚度增強(qiáng)之類的技術(shù)，例如目前正在研究3D編織、Z-Pinning或納米纖維增強(qiáng)。在壓縮力的作用下，這些脫層可能會(huì)形成氣泡，即所謂的邊界屈曲，這種氣泡很容易沿著層壓界面擴(kuò)散，導(dǎo)致部件解體。

復(fù)合材料層合板的脫層屈曲

最后，不同的失效機(jī)制實(shí)際上會(huì)相互作用，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)包括缺陷在內(nèi)的失效載荷非常困難。此外，即使是實(shí)驗(yàn)室大小的樣本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也不能輕易用于實(shí)際大小的部件，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的放大會(huì)極大地改變主要的失效機(jī)制。最后，纖維增強(qiáng)塑料中的失效部位通常是內(nèi)部的，這意味著工程師在維修期間無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的目視檢查發(fā)現(xiàn)它們。

因此，近年來(lái)和不久的將來(lái)纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)的使用越來(lái)越多，這意味著需要更復(fù)雜的評(píng)估技術(shù)來(lái)保證飛機(jī)的安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行。另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可靠地考慮這些新類型的缺陷？

與金屬材料相比，復(fù)合材料具有非常獨(dú)特的特性，即材料和結(jié)構(gòu)/部件是同時(shí)制造的。這意味著部件中的缺陷數(shù)量在很大程度上取決于制造工藝。在復(fù)合材料中，將材料性能降低到包括“臨界缺陷尺寸”的水平的故障安全設(shè)計(jì)理念不僅對(duì)于降低金屬結(jié)構(gòu)中的故障概率很重要，而且還因?yàn)闆](méi)有缺陷的制造工藝在經(jīng)濟(jì)上是無(wú)法承受的。因此，工藝和質(zhì)量控制的程度在很大程度上取決于行業(yè)的安全要求。

例如，產(chǎn)量大且競(jìng)爭(zhēng)激烈的汽車行業(yè)需要保證乘客安全，同時(shí)將制造成本保持在最低水平。然而，在航空航天工業(yè)中，部件的質(zhì)量絕對(duì)至關(guān)重要，比制造成本更重要。因此，汽車行業(yè)更多地依賴于非高壓釜灌注工藝，這種工藝可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量，例如樹脂傳遞模塑；而航空航天工業(yè)目前則依賴于高壓釜的高溫高壓固化環(huán)境，這種環(huán)境可以制造出缺陷少且可控的高性能部件。

無(wú)損檢測(cè)（NDT）方法通常用于檢測(cè)材料內(nèi)部或表面的缺陷，一般將它們分為表面方法、體積方法和整體方法。這些方法通常在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)用作質(zhì)量控制措施，或在零件使用壽命期間用于監(jiān)控和評(píng)估其是否適合繼續(xù)使用。

表面方法包括目視檢查技術(shù)，例如掃描表面以查找明顯的裂紋、孔隙、富含/缺乏樹脂的區(qū)域或表面波紋。這通常與內(nèi)窺鏡結(jié)合使用，以檢查遠(yuǎn)程或難以接近的位置。此外，一種常見的技術(shù)是染料滲透檢查，即將染料涂在外表面，然后用紫外線照射，以突出染料滲入的表面裂紋。這種技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件中非常流行，但本質(zhì)上非常耗時(shí)耗力。

1. 材料表面出現(xiàn)肉眼不可見的裂紋；2. 將滲透劑涂在表面；3. 去除多余的滲透劑；4. 涂上顯像劑，使裂紋可見

體積檢測(cè)方法包括簡(jiǎn)單的敲擊試驗(yàn)、超聲波篩選以及最復(fù)雜的X射線和計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)。方法的選擇在很大程度上取決于要檢測(cè)的缺陷類型以及周期時(shí)間和生產(chǎn)成本的重要性。

簡(jiǎn)單的表面缺陷、夾層結(jié)構(gòu)中的芯部擠壓可以通過(guò)視覺技術(shù)輕松檢測(cè)出來(lái)，而敲擊試驗(yàn)可以非常有效地用于確定分層或較大的內(nèi)部空隙。在敲擊試驗(yàn)中，用硬物（如硬幣或戒指）輕輕敲擊部件，如果邊界位于測(cè)試點(diǎn)下方，則會(huì)發(fā)出非常沉悶的聲音。

另一方面，邊界的確切位置和大小、可能的污染物、空隙或微孔隙只能通過(guò)超聲波或CT技術(shù)檢測(cè)出來(lái)。在這方面，超聲波掃描由于其檢測(cè)保真度高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本相對(duì)較低（與CT技術(shù)相比），已成為航空航天工業(yè)中最廣泛使用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

超聲波掃描是將超聲波投射到組件中，通過(guò)測(cè)量回聲的強(qiáng)度和時(shí)間延遲，可以檢測(cè)到與主體復(fù)合材料不同的夾雜物（空氣、固體物體等）。

超聲波檢測(cè)原理。左圖：探頭將聲波發(fā)射到測(cè)試材料中。有兩種跡象，一種來(lái)自探頭的初始脈沖，另一種來(lái)自后壁回波；右圖：缺陷產(chǎn)生第三個(gè)跡象，同時(shí)降低了后壁跡象的幅度

超聲波掃描的缺點(diǎn)之一是需要在探頭和部件表面之間使用某種耦合劑（通常是水或凝膠）才能保證高質(zhì)量的讀數(shù)。此外，即使使用可以在表面上滾動(dòng)或由機(jī)械臂控制的多探頭超聲波陣列，大面積掃描也非常耗時(shí)，因此這種技術(shù)通常僅限于關(guān)鍵或高應(yīng)力部件。

最后，CT技術(shù)目前僅在學(xué)術(shù)界得到廣泛應(yīng)用，它們可以非常深入地了解固化部件的精確3D形態(tài)，并顯示裂紋是如何、在何處產(chǎn)生的以及何時(shí)擴(kuò)展。南安普頓大學(xué)的同步輻射計(jì)算機(jī)斷層掃描等一些設(shè)備可以生成負(fù)載下部件的極其詳細(xì)的3D圖和視頻，這對(duì)于幫助研究人員了解導(dǎo)致復(fù)合材料失效的原因非常有用。

3D同步加速器圖像

近年來(lái)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等方法已成為全球熱門研究課題。在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，應(yīng)變計(jì)或光纖布拉格光柵系統(tǒng)等傳感器被嵌入結(jié)構(gòu)中，提供有關(guān)應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的健康狀況，并在需要的時(shí)間設(shè)置維修間隔和更換部件。然而，這些系統(tǒng)可能無(wú)法嵌入整個(gè)飛機(jī)，并且需要大量存儲(chǔ)空間來(lái)應(yīng)對(duì)持續(xù)的數(shù)據(jù)流。

為了充分利用高性能復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，了解缺陷的有害影響和損壞機(jī)制至關(guān)重要。在這方面，無(wú)損檢測(cè)是一種非常有價(jià)值的工具，可用于調(diào)查和繪制部件的內(nèi)部狀況。

航空航天和汽車行業(yè)未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)之一是決定需要哪些無(wú)損檢測(cè)細(xì)節(jié)來(lái)保證產(chǎn)品在整個(gè)使用壽命期間的結(jié)構(gòu)完整性，并將其與特定技術(shù)產(chǎn)生的成本進(jìn)行權(quán)衡。