响应一致性驱动的试验载荷高精度等效方法

【作者】 董旭鹏； 柯熊钢； 周才华； 毕祥军； 杜凯繁； 宋志博；

【机构】 大连理工大学；

【摘要】 航空航天装备结构中的翼片类结构(如机翼、翼舵等)作为结构中的关键功能部件,其性能需通过地面静力试验验证。针对现有等效试验载荷设计的局限性(试验设备系统庞大、操作流程复杂、试验效率低、精度不足、成本高昂;局部力学响应与全局力学响应等效难以同时满足,受载区域应力集中;等效载荷设计参数体系复杂、优化迭代效率低、复杂工况载荷难以直接转化为可实施的试验加载方案等问题)。开展响应一致性驱动的试验载荷高效高精度等效方法研究,借助参数敏感性分析结果,搭建针对上述问题的载荷参数优化框架,得出等效设计载荷。首先通过控制变量法遍历载荷参数,借助有限元计算获取结构关键区域响应,绘制敏感性分析曲线,展示结构不同部位载荷参数(如载荷大小,载荷方向等)与结构响应之间的关系,实现对载荷参数敏感性大小的排序。在此基础上,以结构真实工况与等效工况下关键区域的力学响应偏差最小为目标,引入静力平衡、考虑多级杠杆载荷大小比例关系、协调载荷施加位置(避免受载区域应力大的现象发生)的约束条件,搭建出载荷参数优化框架。最后开展面向集中力、面力载荷的高效参数优化,得出与真实工况复杂分布载荷力学响应等效的载荷设计方案。研究结果显示,针对1.8米翼展的机翼结构,经优化设计的等效载荷方案所产生的力学响应与真实工况下的力学响应误差控制在5%以内。研究成果为翼片类结构静力试验提供了更可靠的等效载荷施加方法,对结构可靠性和安全性的提高提供工程价值。更多还原