大型客机复合材料壁板少无应力装配理论和方法研究

Composite panels are the lightweight body structure for the long life and high reliability requirements of the new generation large passenger airliner. It is in urgent need of investigation on composite panel stressless assembly technology because the stress concentration in composite panel assembly process easily leads to material fatigue layered. For the precision assembly requirements of new generation large passenger airliner, aim to the composite panel assembly process characteristics, a new composite panel assembly theory and method is developed based on the optimization of bolt installation order and torque combined with multi-sensor detection. Through this project, the stressless assembly process theories and methods will be built and several key techniques such as optimization variable selection of composite panel stressless assembly, bolt installation torque preload equivalent and composite panel assembly based on multi-sensor detection can be broken through. Thus the method of optimal control of composite panels assembly stress will be obtained and the problem of large passenger airliner composite panels high-precision assembly technology will be solved. All the above works will provide the new theory of manufacturing assembly and advanced practical technologies for the development of new generation large airliner，meet the process technology demand for long life and high reliability of the new generation large airliner.

复合材料壁板是新一代大型客机机体长寿命高可靠要求所采用的轻量化结构，由于复合材料壁板装配过程中应力集中容易导致材料疲劳分层等问题，亟需研究应用复材壁板的少无应力装配方法。本项目面向国内新一代大型客机的精准装配要求，针对大型客机复合材料壁板装配工艺特点，发展一种螺栓安装顺序与力矩优化和多传感检测结合的复材壁板装配新工艺，研究大型客机复材壁板的精确装配技术。通过本项目的研究，建立大型客机复材壁板少无应力装配工艺理论和方法，突破复材壁板少无应力装配优化变量选取，螺栓安装力矩预紧力载荷等效，基于多传感检测的复材壁板装配等若干关键问题，从而形成复合材料壁板装配应力的优化控制方法，解决大型客机复合材料壁板高精度精确装配技术难题，为新一代大型客机的研制在制造方面提供装配理论新方法和先进实用技术，满足新一代大型客机长寿命高可靠性对工艺技术的需求。

复合材料壁板是新一代大型客机机体长寿命、高可靠性要求所采用的轻量化结构，其装配过程中应力集中容易导致材料疲劳分层等问题，亟需研究应用于复材壁板的少无应力装配方法。本项目针对大型客机复材壁板装配工艺特点，开展了复材壁板连接工艺理论试验与仿真研究，发展了一种基于多传感检测的复材壁板装配新工艺，为解决大型客机复材壁板精确装配技术难题提供了新方法和先进技术，满足了新一代大型客机长寿命、高可靠性对工艺技术的需求。.项目开展了复材单钉单剪沉头螺栓接头挤压性能试验、复材多钉接头挤压性能试验、复材壁板沉头螺栓接头三维有限元仿真、基于力传感技术的复材壁板少无应力装配优化技术以及复材壁板少无应力装配工艺验证试验等研究，突破了复材壁板螺栓安装力矩预紧力载荷等效、复材壁板沉头螺栓接头三维渐进损伤建模、基于多传感检测的复材壁板装配等关键技术，实现了复材壁板沉头螺栓连接工艺及性能仿真、装配应力的优化控制，进而掌握了基于力传感技术的复材壁板少无应力装配优化技术，并进行了工艺验证，解决了大型客机复材壁板装配应力控制难题。具体研究工作如下：.通过三维数字图像相关测量方法，开展了接头挤压性能试验研究，揭示了连接界面条件、螺栓装配间隙与安装力矩等工艺参数对复材沉头螺栓接头性能的影响机理；通过疲劳试验研究了复材单剪沉头螺栓接头循环加载下的载荷位移行为；通过拉伸试验分析了多钉连接试验件的失效形式，揭示了螺栓安装力矩和拧紧顺序对复材板多钉连接强度的影响规律；建立了复材沉头螺栓接头三维有限元仿真模型并开展了接头三维应力分析，实现了复材壁板沉头螺栓连接工艺及性能仿真；基于隐式与显式算法开展了复材沉头螺栓接头建模研究；基于三维Hashin失效准则建立了复材沉头螺栓连接的渐进损伤模型，分析了接头的典型失效模式以及损伤发展规律；研究了自适应少无应力装配原理，针对壁板装配定位的压紧操作，研究了基于直接力控制策略确定压紧力的方法，提出了一种基于灰距离测度小样本数据区间估计算法的壁板压紧力优化方法；在某型机后机身部件装配中，开展了基于力控制技术的壁板压紧力优化试验，验证了所提出的壁板少无应力装配优化技术的有效性。.项目培养博士后1人，已出站1人，博士生2人，已毕业1人，硕士生3人，已毕业3人；发表论文8篇，其中SCIE检索3篇；申请发明专利2项，其中已授权2项。