基于概率的直升機(jī)復(fù)合材料槳葉設(shè)計(jì)許用值計(jì)算程序開發(fā)

趙江 吳堂珍

【摘? 要】本文根據(jù)航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB 7618-2009《聚合物基復(fù)合材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)表達(dá)準(zhǔn)則》，通過(guò)Delphi語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)復(fù)合材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)許用值的分析計(jì)算，為直升機(jī)復(fù)合材料槳葉研究提供幫助。

【關(guān)鍵詞】直升機(jī)槳葉;復(fù)合材料;設(shè)計(jì)許用值;程序開發(fā)。

Abstract：According to the aviation industry standard HB7618-2009 《Polymer matrix composite mechanical property data expression criteria》，the Delphi language programming is used to realize the analysis and calculation of the helicopter composite strength design allowable value，which provides assistance for helicopter composite blade research.

Key Words：helicopter blade;composite materials;design allowable value;program development.

1.引言

當(dāng)前直升機(jī)旋翼槳葉的使用材料普遍選擇復(fù)合材料，其高比強(qiáng)度、高比剛度、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)能夠完全符合直升機(jī)旋翼槳葉對(duì)長(zhǎng)壽命、高抗損傷容限等關(guān)鍵戰(zhàn)技指標(biāo)的要求。在復(fù)合材料研究中，許用值設(shè)計(jì)一般采用A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)。A基準(zhǔn)的定義是力學(xué)性能的限定值，在95%的置信度下，99%性能數(shù)值群的值不低于此值。B基準(zhǔn)的定義是力學(xué)性能的限定值，在95%的置信度下，90%性能數(shù)值群的值不低于此值。

我國(guó)綜合美國(guó)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-17-1F，F(xiàn)AA等國(guó)外對(duì)于復(fù)合材料A、B基準(zhǔn)設(shè)計(jì)許用值計(jì)算的研究成果，編訂了航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB 7618-2009《聚合物基復(fù)合材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)表達(dá)準(zhǔn)則》為國(guó)內(nèi)復(fù)合材料的研究提供指導(dǎo)。本文根據(jù)HB7618規(guī)定的統(tǒng)計(jì)分析方法，將復(fù)合材料的設(shè)計(jì)許用值的計(jì)算過(guò)程通過(guò)Delphi語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，為此后直升機(jī)復(fù)合材料槳葉的材料性能分析與強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供幫助。

2.許用值確定方法

HB7618規(guī)定的復(fù)合材料基準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)方法主要是對(duì)樣本數(shù)據(jù)作正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)分析，其基本工作包括數(shù)據(jù)的相容性檢驗(yàn)、異常數(shù)據(jù)排查處理、正態(tài)性檢驗(yàn)、離散系數(shù)等效性檢驗(yàn)、正則化、基準(zhǔn)值計(jì)算等。具體方法流程如圖1、圖2所示。

3.程序?qū)崿F(xiàn)

計(jì)算程序基于Delphi語(yǔ)言開發(fā)實(shí)現(xiàn)，Delphi被稱為第四代編程語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單、高效、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。程序可以按照?qǐng)D1和圖2的流程圖完成HB7618規(guī)定的統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行基準(zhǔn)值的計(jì)算，也可以按照MIL-HDBK-17-1F方法進(jìn)行基準(zhǔn)值的計(jì)算。程序界面如圖3所示，主要分為數(shù)據(jù)環(huán)境分組顯示，計(jì)算方法選擇，異常數(shù)據(jù)處理方法選擇，計(jì)算過(guò)程結(jié)果顯示幾個(gè)部分。程序通過(guò)外部文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)，在計(jì)算完成后程序分析過(guò)程及結(jié)果顯示界面會(huì)給出完整的計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果報(bào)告并以文本格式同步輸出文件。

表2、表3給出了多種環(huán)境下A、B基準(zhǔn)值程序計(jì)算結(jié)果與HB7618中的算例結(jié)果對(duì)比。從誤差值看，各環(huán)境下A、B基準(zhǔn)值的程序計(jì)算結(jié)果對(duì)比手冊(cè)中算例結(jié)果誤差均小于0.5%，這個(gè)結(jié)果符合工程精度要求，因此程序的可靠性滿足工程使用要求。

4.結(jié)論與展望

通過(guò)計(jì)算程序，可以選擇按照HB7618規(guī)定的統(tǒng)計(jì)分析方法或者M(jìn)IL-HDBK-17-1F方法對(duì)復(fù)合材料A、B基準(zhǔn)值自動(dòng)化分析計(jì)算，包括異常數(shù)據(jù)檢查及處理方法選擇等內(nèi)容均可在過(guò)程界面查看，計(jì)算過(guò)程與計(jì)算結(jié)果會(huì)自動(dòng)生成報(bào)告輸出。算例計(jì)算表明計(jì)算程序準(zhǔn)確可靠，滿足工程設(shè)計(jì)要求。整個(gè)程序的實(shí)現(xiàn)，為后期復(fù)合材料的小樣件試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果處理及對(duì)復(fù)合材料A、B基準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)特性的研究提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

趙江，1989，05-男，漢族，浙江臺(tái)州，工程師，碩士研究生，研究方向：直升機(jī)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

（作者單位：中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所）