航空結構件的案例
結構疲勞，今天聊聊航空發動機限壽件
導讀：本期主題是發動機限壽件，那么什么是限壽件呢？限壽件是指發動機中“其原發失效（Primary failure，不是由于其他零部件或系統的失效而導致的失效，與二次失效相對）可能導致危害性發動機后果的轉子和主要靜子結構件”，包括盤、軸等部件。正因為這些部件的完整性對飛行安全極其重要，對這些部件必須進行壽命設計、制造控制和部件壽命期內的全面管理，世界各國民航管理部門都在適航條例中做出了壽命控制的相關規定。而這種規定是怎么來的，具體有哪些要求，經歷了什么樣的變化，核心要求又是什么？今天，我們就來給大家分享我們的認識。
什么是機械的結構疲勞，它有多可怕？
人會疲勞，人有壽命；機械結構也會發生疲勞，也會到壽失效；航空發動機這種機密的機械設備當然無法例外，那么結構疲勞是如何定義的呢？
結構疲勞：指材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化叫做疲勞（參考國際標準化組織（ISO）在1964年發表的報告《金屬疲勞試驗的一般原理》）。
機械結構若受靜力載荷，當載荷較大時，結構一般會發生明顯變形（如頸縮現象），我們能從變形量感知到結構即將破壞，從而可以避免繼續加載使得結構發生斷裂；與靜載荷相比，機械結構在疲勞載荷作用下沒有顯著的變形預警，在累積到某個循環時極有可能突然發生斷裂。（是不是已經被繞暈了？舉個簡單的例子吧：一根鉛絲你一下子掰彎了但不會斷，但是如果你堅持反復掰來掰去，它就會斷的，這就是結構疲勞。）
靜載破壞與疲勞破壞的區別（圖片來自于網絡）
如果這種機械結構是我們飛行旅途中身處的機艙，隨著飛機的起飛和降落，機艙在內外壓差等載荷的循環作用下會不會可能發生疲勞破壞呢？
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McNair 3D打印技術旨在生產高度復雜且獨特的結構
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當前，連續纖維3D打印技術還存在兩個主要問題：一是纖維含量低，且打印層之間的分層可能性高；二是缺乏標準化的連續工具路徑生成商業軟件。未來，隨著這些問題的解決，該技術依托靈活開放、高速高效、低成本且生產完全自動化等優勢，必將會與傳統復合材料制造技術產生競爭。可以預見，隨著該技術的成熟和大規模推廣應用，將進一步促進航空制造業探索以3D打印方式批量生產無人機、復雜航空結構以及制造工裝，開啟航空復合材料發展的新浪潮。
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當前，美歐3D打印技術開發商與機器人制造商已共同開發了一系列先進的連續纖維3D打印設備與制造工藝。面對國外技術飛速發展的勢頭，我國應加強情報跟蹤研判，聯合原材料、機器人、末端執行器、3D打印軟件、傳感器、機器學習、數控系統優勢企業，盡早開發和演示驗證若干系列自主可控的工藝和裝備，形成規模化的制造工藝和裝備產業，支撐我國制造業提高生產效率和質量，以迎接未來航空復合材料結構設計制造面臨的高速、低成本競爭，并滿足未來以無人機為代表的航空裝備低成本大批量按需制造的需求。
展開 【行業知識】’航空緊固件＆航天緊固件的基本知識
2、公差的分布不同；還有對直徑為1英寸的螺紋規 定不同：
NF規定——每英寸14牙，用1——14NF表示
UNF規定—— 每英寸12牙，用1——l2UNF表示
二、配合等級
? 螺紋還有等級之分，螺紋的等級表示螺紋副具有的配合松緊程度， 它設有五級：
? 1級－松配合（只需用手指即可輕松擰轉螺母）
? 2級－自由配合（航空螺釘采用）
? 3級－中度配合（大多數航空螺栓采用）
? 4、5級－緊配合（需要用扳手才能擰上螺母）
等級數愈大，螺紋副配合的緊度愈緊。
三、標識符號
標識：螺栓直徑、長度、材質等
注：直徑計量單位1/16in，機體螺栓的桿長計量單位1/8 in；螺栓的制造材料是以英文字母或符號來表示，如
? “C”表示不銹鋼；
? “DD”表示2024鋁合金；
? “－”表示鎳合金鋼。
帶螺紋緊固件的類型和應用
螺栓－傳遞剪切和拉伸載荷
應用：較大集中載荷或需要拆卸的部位
分類：受拉為主
受剪為主
一、標準航空螺栓
1、通用螺栓
?一種具有六方頭的螺栓，它廣泛用于飛機結構裝配，能承受拉伸和剪切載荷。這種螺栓是按AN型號規格標準制造的，螺栓的螺紋為細牙螺紋（NF）。
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展開 
采用ABAQUS針對航空某型材件的拉彎分析
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16.0pt;line-height:240%'>
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"Times New Roman"'>美國ABAQUS<span
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"Times New Roman"'>軟件公司北京代表處 梁明剛
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style='font-family:宋體;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>前言：型材拉彎工藝廣泛應用于航空航天、汽車、機械設備、建筑等行業，隨著高新技術越來越多應用于這些工業，設計工程師對于計算機仿真技術的要求也與時俱進。
展開 OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
作者：Simwe 來源：Altair
“我們對某航空產品支架進行靜態分析，并在此基礎上完成拓撲優化分析。根據優化分析結果對原結構進行修改，對改進后的結構進行靜態分析。結果表明，應用OptiStruct結構優化技術，不僅能夠極大地降低產品的重量，而且對于改善產品的力學性能也具有積極的促進作用。” —— 摘自 2010HTC大會用戶論文
簡介
利用Altair HyperWorks結構優化工具OptiStruct對某航空產品支架進行拓撲優化分析，并結合其強大的前處理軟件HyperMesh、后處理軟件HyperView以及通用仿真分析軟件RADIOSS對優化前后的產品進行分析，從應力、變形、重量等方面對計算結果進行比較、總結。結果表明優化創新設計工具OptiStruct在改善機械產品性能、提高設計工作效率方面具有非常重要的作用，對航空產品設計及優化具有借鑒意義。
挑戰
以有限元法為基礎的結構優化設計工具已經被廣泛而深入地應用到各行各業，在航空航天、汽車、機械等領域取得了大量革命性的成功應用。對于航空產品來說，重量是衡量產品性能一個非常重要的指標。如何降低產品重量，同時提高產品性能成為目前航空設計人員關注的重要問題之一。
慶安集團在進行某航空產品支架的設計中，需要對其結構進行優化設計，以降低產品的重量。
首先應用RADIOSS進行求解，得到支架上最大應力為21.6MPa，且僅出現在支架局部區域，而其余部分應力都較小，如圖3-5所示。
根據以上分析可知，其最大應力遠遠小于材料的屈服強度，進行結構減重的潛力很大。
展開 五金沖壓件中彎曲件的結構分析
五金沖壓件包含很多種類，拉深件，彎曲件等，其中彎曲件在形狀結構上有什么需要注意的地方，下面我們來看一下；
五金沖壓件中彎曲件形狀分析 彎曲件的形狀應該盡可能的對稱，彎曲半徑左右一致，防止彎曲變形時坯料受力不均勻而產生偏移，有些雖然形狀對稱但變形區附近有缺口的彎曲件，若在坯料上先將缺口沖出，那么彎曲時會出現叉口現象，嚴重時難以成形，這時我們應該在缺口處留連接帶，彎曲后在將連接帶切除。為了保證坯料在彎曲模內準確定位，或者在彎曲過程中坯料偏移，最好在坯料上預先增添定位工藝孔；
五金沖壓件中彎曲件的相對彎曲半徑r/t應大于最小相對彎曲半徑，但也不要過大，因為相對半徑過大時，收到回彈的影響，彎曲件的精度不能保證；
五金沖壓件中彎曲件的彎邊高度h不宜過小，應符合h＞r+2t，當h較小時，彎邊在模具上支持的長度過小，不容易形成足夠的彎矩，很難得到形狀準確的五金沖壓件，當五金沖壓件要求h＜r+2t時，則需預先在圓角內側壓槽，或增加彎邊高度，彎曲后在切除。如果所彎直邊帶有斜角，則在斜邊高度小于r+2t的區段不可能彎曲到要求的角度。
五金沖壓件中彎曲件的孔邊距，帶孔的板料彎曲時，如果孔位于彎曲變形區內，則彎曲時孔的形狀會發生變形。因此必須使孔位與變形區之外；
文章推薦：沖壓件加工工藝脹形的簡單介紹
展開 航空航天系統工程-載荷和結構
面板點荷載是將剪力、力矩和扭矩轉換為點軸力和壓力，應用于整個結構的理想化表面，即棒材和面板。
這個理想化的表面（包括撐桿、弦桿、肋骨、表皮、框架等）被稱為有限元模型（FEM）。外部荷載作為力（最多三個方向）施加在桿件交接處，或作為壓力施加在面板上。載荷團隊將這些結果，即面板點載荷，輸出給應力分析團隊。然后，應力團隊將面板點載荷應用于有限元分析。輸出是內部載荷、軸向桿件載荷和面板的剪切流。在這一點上，可以開始對結構成員進行詳細的應力分析。
載荷團隊與一些團隊密切合作，特別是空氣動力學穩定性和控制團隊和機體應力分析團隊。這些信息可以分為質量、空氣動力學、幾何學和系統數據。需要大量的空氣動力學數據，這些數據來自風洞試驗或從理論上計算出來的。
航空小組-穩定和控制以及設計和載荷-提供力和壓力系數。
重量組提供集中和分布的質量和重心數據（發動機、起落架和APU是集中質量的例子）。這個數據對于固定面和控制面是需要單獨提供的。重量組還以兩種形式提供這個數據：以磅/英寸為單位的分布式重量和以艙位為單位的總重量。
艙位屬性包括艙位重心。
燃料管理和航電組提供系統參數，如燃料使用計劃、控制面率、自動駕駛儀權限和穩定器調整率。
發動機性能組提供推力和轉速數據。
液壓組提供控制面的運動率。
在計算速率之前，載荷組首先向液壓組提供空氣動力鉸鏈矩數據。負荷組的主要客戶是空氣框架應力組、疲勞和損傷容限組以及室內設計組。
展開 北航：航空發動機典型結構概率設計技術
美國FAA推動了結構概率設計在民用航空領域的應用，以適航條款FAR33.70替代FAR33.14，即針對發動機壽命限制件進行概率損傷容限設計，通過與設計目標風險比較，確定其失效風險等級。
為滿足先進航空發動機性能要求，越來越多的新材料如粉末合金、金屬間化合物、陶瓷材料、復合材料等不斷出現。這些材料在某些性能如強度、應力、密度等方面較傳統金屬合金有明顯的改善，但是其材料屬性存在許多不確定性因素和新的失效模式，采用確定性設計方法將產生較大的偏差。因而，對新材料、新結構、新工藝體系下的發動機典型結構更需要采用概率設計方法。
發動機典型結構概率設計關鍵技術
1. 隨機因素概率模型
（1）載荷分散性
航空發動機尤其是軍用發動機要完成巡航、簡單特技、復雜特技、編隊、攻截擊等大量的飛行任務，導致發動機結構的工作載荷，如機械載荷、氣動載荷、溫度載荷存在很大分散性。發動機載荷概率模型的建立需結合載荷譜處理技術，研究發動機載荷譜與結構載荷譜等損傷轉換原則，通過發動機外場飛行載荷譜、試車譜的收集和處理，獲得發動機典型結構的載荷隨時間的變化規律，并利用統計理論建立發動機典型結構的工作載荷概率統計特征。
（2）材料分散性
發動機結構材料在制備過程中的差異性導致材料力學性能參數（例如彈性模型、泊松比、應力-應變曲線等）存在分散性；同時，發動機典型結構由于加工工藝復雜性造成結構不同部位材料性能也存在顯著差別。因而，需要結合材料標準試件、結構不同部位特征模擬件試驗數據建立經試驗驗證的概率模型。
展開 五金沖壓件生產廠家設計沖壓件結構時要做到哪幾點
五金沖壓件生產廠家都知道，沖壓件結構設計的合理與否，關系到沖壓件的內外在質量及生產效率的高低，所以說它直接關系到沖壓件廠家的經濟效益也不為過。那么沖壓件廠家在進行產品結構設計時要做到哪幾點才算合理呢？下面來介紹下。
沖壓件結構的設計要做充分考慮到以下事項：
1.充分利用金屬板料或帶料，產生的廢料要少；
2. 形狀要簡化 沖裁件的形狀要盡量簡單，幾何形狀越簡單沖壓件下料越方便，盡量用直線、圓弄散及規則的圖形；彎曲件同樣要簡化結構，為使用工件變形時受力均勻盡量使用對稱形狀，以保證工件的質理和模具的使用壽命；拉深件是利用凸模把板料加入凹模，使用坯料直徑縮小得到中空零件。形狀復雜就難于拉伸。因此盡量將零件設計師成圓形和具有對稱結構，避免復雜的箱形曲線和非對稱結構；
3. 避免細長結構 沖裁件結構中盡量避免狹長的開口和細長的壁，這樣會使模具制造困難，壽命降低；
4.采用圓角結構：無論是沖裁件還是彎曲件還是拉伸件的交接和彎角處，都應采用合理的圓角結構，圓角過小或直接采用尖角結構都會影響模具的使用壽命，增大零件的形狀過渡處的應力集中；
5. 避免深筒結構: 對于五金拉伸件各部分尺寸不要過度懸殊，如果拉伸件直徑與坯料直徑比過小小（即拉伸系數過小），則坯料被入凹模越困難，從底部到過渡邊緣部分的應力也越大，當超過金屬抗拉強度極限時，底部就會被拉穿；拉伸系數小，一次無法拉伸成形，需進行多次拉伸，中間要對工件退炎處理，消除由形變產生的硬度現象，為便于拉伸成形，簡化拉伸工藝，降低成本，應盡量避免深度過大的凸緣過寬的中空零件。
展開 航空發動機機匣的連接結構設計
人們往往更加重視航空發動機的轉子，轉子包括了風扇/壓氣機、主軸、渦輪等發動機重要且核心零部件，涉及結構、靜強度、高周和低周循環壽命、持久、蠕變、轉子動力學等諸多技術含量較高的學科，而發動機的機匣在那里靜止不動，人們往往忽略了其獨特的重要性，更忽略了機匣設計上的技術難度可能帶來的一系列麻煩的問題。
1、機匣的設計要求
機匣是航空發動機的主要承力件，它與轉子共同形成了發動機氣流通道，其結構和承載情況比較復雜，機匣結構設計的水平，直接影響發動機的氣動性能、可靠性和壽命。一個成功的機匣設計，應能：
1）提供足夠的低循環疲勞壽命；
2）防止高循環疲勞；
3）提供足夠的許用應力；
4）提供足夠的剛度；
5）提供足夠的蠕變壽命并防止屈曲；
6）在總體結構上考慮還需盡量減小機匣的熱變形和與轉子的熱不協調。
7）意外情況下，提供足夠的包容性。
2、機匣的連接結構設計
各類機匣主要包括：進氣機匣、風扇機匣/低壓壓氣機機匣、中介機匣、高壓壓氣機機匣、燃燒室內機匣和外機匣、渦輪機匣、渦輪后機匣、外涵機匣等。
機匣的連接必須保證定位可靠，保證形位公差累計后的支點同軸度，機匣設計最重要的要素之一就是定心方法。常用的定心方法有止口定心、精密螺栓定心、定位銷定心和混合定心方法。
2.1軸向安裝邊結構設計
機匣軸向分段時，機匣之間采用止口定心時，凹止口和凸止口的選擇主要取決于結構、檢驗和裝配的需要，可以考慮將溫度高、線膨脹系數大的零件做成凸止口，保證機匣之間在高溫下的可靠定心。
通常止口定心指的是內止口定心，為了減小機匣內壁面流道上止口結合處的軸向間隙和臺階，可采用外定心止口結構。
展開 
航空發動機結構設計分析
航空發動機結構設計分析
作者：陳光
【作者】：陳光
【叢編項】：無
【裝幀項】：平裝 16開 / 589
【出版項】：北京航空航天大學出版社 / 2006-7-1
【ISBN號】：7810776347
【原書定價】：￥79.00
【主題詞】：科學與自然－航空與航天－航空
【圖書簡介】 - 航空發動機結構設計分析
本書是一本全面分析航空發動機結構設計的專著，內容涉及航空發動機結構設計的各個方面，包括：部件結構與總體結構、傳動潤滑、主軸承等的設計分析，發動機發展中的特種試驗與使用中出現的重大故障，提高發動機可靠性、維修性的措施，排除故障的程序與方法，新型發動機中采用的某些新穎結構與加工方法等。本書還分別對國外現役與在研的先進軍、民用航空發動機如F100、F110、F404、EJ200、RB199、RD93、F119以及CFM56、CF6、PW4000系列、RB211系列、遄達系列與GE90等的發展及結構設計特點進行了詳盡的分析。本書不僅能為航空發動機廠所的廣大技術人員及技術領導提供一手資料，也能給從事航空發動機材料、工藝研究工作的技術人員及飛機設計人員參考帶來幫助
展開 航空發動機尾噴結構化網格劃分
航空航天作為頂尖的科技部分一直都是人們關注的重點，今天我們來介紹一下航空發動機尾噴的結構化網格劃分。
>>>
1. 確定總體劃分思路
1.1 檢查模型
1.1.1 處理模型
1.1.2 切分模型
1.2 繪制引導網格
1.2.1 分隔面
1.2.2 劃分2D網格
1.3 繪制體網格
1.3.1 半側體體網格創建
1.3.2 整體網格生成
1.4 檢查體網格質量
1.4.1 共節點
1.4.2 檢查自由邊
1.4.3 檢查T形邊
1.4.4 檢查網格質量
本案例使用模型
圖1 幾何模型
>>>
2. 開始網格劃分
2.1 檢查模型
2.1.1 處理模型
查看模型是否需要修復/簡化模型（將模型補充完整/去除微小細節特征）。
尾噴屬于薄殼類型的零件，符合抽殼條件，對零件進行抽殼處理，結果如圖2。
展開 塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（下）
上面螺絲柱可以按照所需規格尺寸設計，底部支撐筋條設計成 1 mm，這樣既能保證螺絲柱結構強度，有效降低螺絲柱的高度，同時也能避免縮痕問題的出現。
圖：“塔狀橋接”結構在實際產品上的應用
當螺絲柱設計在比較陡的斜面上，易產生尖鋼薄鋼，其根部靠近斜面側的膠厚比較厚，易產生縮痕，注意做防縮處理：把螺絲柱移到平面上；做“塔狀橋接”結構；做“火山口”結構。
圖：“火山口”結構在實際產品上的應用
2）螺絲柱側壁導致的縮痕
3）模具結構、注塑參數導致的縮痕
進澆口離螺絲柱較遠，壓力損失大，保壓不充分，補縮作用不明顯，縮痕易產生。
三、金屬螺紋嵌件
如果您需要制造具有更牢固連接和可重復使用螺紋的塑料部件，金屬螺紋嵌件是您的
最佳選擇。
前兩篇主要介紹的是自攻螺絲柱的相關內容，機牙螺絲柱的結構由于大部分跟自攻螺絲柱結構類似，在這里我就不重復介紹了，區別的地方主要是金屬螺紋嵌件預埋，其相對應的螺絲柱結構有些變化。
展開 塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（中）
接上篇：塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（上）
塑膠件螺紋連接結構的設計原則：
連接強度原則；
成型性原則；
一、連接強度原則
在上篇中提到，由于檢查緊固力的方法很復雜，我們通常通過扭矩值來確認施力情況，也就是說，緊固力的大小可以通過扭矩值來表征，如果擰緊扭矩越大，相對于的緊固力就越大,，連接強度就越大。
由公式：擰緊扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)可知，如果需要增大擰緊扭矩Tα，可以通過增大攻牙扭矩Tr和滑牙扭矩Tf來實現。
增大攻牙扭矩Tr
，這會導致前期攻牙階段的安裝扭矩變大，前期顯得很吃力，同時導致擰緊扭矩T
α
的范圍太窄，容易造成滑牙，這不是我們想要的結果。
增大滑牙扭矩Tf
，也就是增大了滑牙扭矩T
f
和攻牙扭矩T
r
之間的差值(T
f
-T
r
)，這樣的結果是擰緊扭矩T
α
增大了，同時使得擰緊扭矩Tα在一個較大的容差范圍內。
那么，如何增大滑牙扭矩Tf呢？
滑牙緊固力公式：
滑牙扭矩公式：
由以上公式可知，增大以下因素：σt（塑膠材料的拉伸屈服應力）；Dp（螺絲中徑）；L（螺紋旋合深度）；f1（螺紋與塑膠之間的摩擦系數）；f2（螺絲頭底部與塑膠之間的摩擦系數）；p（螺絲的螺距）；都可以增大滑牙扭矩Tf。
展開 