飛行器結構疲勞可靠性及航天器機械臂健康監(jiān)控研究.pdf

1、本文內容由兩部分組成：飛行器結構疲勞可靠性研究和航天器機械臂健康監(jiān)控研究。在飛行器結構疲勞可靠性方面，主要針對老齡飛機的多部位損傷(Multiple-Site Damage)現(xiàn)象研究了如何估算MSD壁板剩余強度；在航天器機械臂健康監(jiān)控方面，進行了航天器機械臂健康監(jiān)控方案設計和開發(fā)健康監(jiān)控驗證系統(tǒng)的工作。 自從1988年Aloha空難以來，老齡飛機的多部位損傷現(xiàn)象和如何估算MSD壁板剩余強度的問題引起了人們的廣泛關注。本文第二章的

2、內容就是基于Dugdale型裂紋的Swift連通準則，在考慮裂紋之間相互影響及裂紋擴展問題的前提下來研究MSD壁板的剩余強度問題。首先假設材料為彈性一完全塑性材料，用應力函數(shù)交互迭代方法來計算在裂紋之間相互影響下的裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸。老齡飛機的MSD壁板的裂紋擴展問題除了要考慮材料的斷裂韌性，還要考慮裂紋擴展阻力(R-curve)，即隨著裂紋長度的增加，應力強度因子的增長率要大于裂紋擴展阻力的增長率。這樣，既考慮了多裂紋之間的相互影響

3、，又考慮了加載過程中的裂紋擴展。為了驗證所提方法的合理性，針對對稱共線多裂紋的MSD壁板的Dugdale模型進行了剩余強度估算。并將13個不同裂紋長度的MSD壁板的計算結果與試驗結果做了比較。結果顯示本方法可以較為準確地估算MSD壁板的剩余強度，能為研究老齡飛機的機身對接接頭的鉚釘處的MSD現(xiàn)象提供很好的支持。 本文的第三章根據航天器機械臂的運行環(huán)境和使用特點，分析出三種主要的故障模式：臂管破壞，關節(jié)卡滯和關節(jié)磨損失效。提出了航

4、天器機械臂的初步的健康監(jiān)控方案：監(jiān)測部位的選擇，傳感器的選擇和安裝，故障信息提取與故障檢測方法的采用。第四章建立了航天器機械臂和三種典型故障模式的數(shù)字模型。綜合設計方案和數(shù)字模型，形成了航天器機械臂的健康監(jiān)控演示驗證方案，基于LabVIEW平臺開發(fā)了虛擬健康監(jiān)控演示驗證系統(tǒng)。并進行了試驗驗證，結果表明，所提方案對于航天器機械臂的三種典型故障模式的檢測診斷是有效的，健康監(jiān)控可以實現(xiàn)。 最后對論文內容進行了總結，對相關技術研究進行了