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World File Search System疲劳损伤
最终报告 - Regulations.gov
缩写列表 本报告使用以下缩写 AAWG 适航保证工作组 AC 咨询通告（FAR） AD 适航指令 ALS 适航限制部分 ARAC 航空规则制定咨询委员会 ATC 型号合格证修正案 CAR 民用适航要求 CFR 联邦法规 DAH 设计批准持有人 DSG 设计服务目标 EASA 欧洲航空安全局 FAA 联邦航空管理局 FAR 联邦航空法规 HPF 每次飞行小时数 ISP 检查起点 LOV 有效期限制 MED 多元件损伤 MPD 维护计划文件 MSD 多站点损伤 MTGW 最大起飞总重 NPA 拟议修订通知 NPRM 拟议规则制定通知 PMI 首席维护检查员（FAA） OIP 运营商实施计划 RAG 维修评估指南 RAM 维修、改造和修改 RAP 维修评估计划 REG 维修评估指南 SB 服务通告 SMP 结构修改点 SRM 结构维修手册 STC 补充型号合格证STG 结构任务组 RI 重复检查 TC 类型认证 TCH 类型认证持有者 WFD 大面积疲劳损伤
金属 3D 打印用于修复钢结构
本工作采用了一种创新技术——电弧增材制造 (WAAM)，这是一种定向能量沉积技术，用于裂纹钢部件的疲劳强化。在高周疲劳载荷条件下测试了不同的带有中心裂纹的钢板，包括参考板、用 WAAM 修复的具有沉积轮廓的钢板以及用 WAAM 修复并随后进行加工以降低应力集中系数的钢板。进行了相应的有限元模拟，以更好地理解 WAAM 修复的机理。参考板上现有的中心裂纹在 94 万次循环后扩展并导致断裂，而两块 WAAM 修复板中的中心裂纹并未扩展，这是由于净横截面积增加以及沉积过程引起的压应力。然而，在第二块钢板中，由于局部应力集中，在 WAAM 轮廓根部出现了新的裂纹，疲劳寿命达到了 220 万次循环（是参考板的 2.3 倍）。另一方面，第三块钢板由于加工轮廓光滑，经受了 900 多万次疲劳循环，没有出现明显的退化。这项研究的结果表明，WAAM 修复技术在解决钢结构疲劳损伤方面具有巨大潜力。
用于动态分析的等几何混合壳
摘要 飞机水平稳定器容易因气流与机翼分离以及随后尾流对稳定器结构的冲击而发生疲劳损坏，这被称为抖振事件。在本研究中，先前开发的等几何混合壳方法在动态分析环境中重新表述，以使用不同的俯仰角模拟飞机起飞。提出的 Kirchhoff-Love (KL) 和连续壳混合允许使用连续壳对飞机水平稳定器的关键结构部件进行建模，以获得高保真度的 3D 应力，而使用计算效率高的 KL 薄壳对不太重要的部件进行建模。施加的气动载荷是由混合浸入几何和边界拟合的计算流体动力学 (CFD) 分析生成的，以准确记录稳定器外表面上的动态激励。具体来说，为了节省计算量，除了机翼和稳定器之外的整个飞机都浸入基于浸入几何分析 (IMGA) 概念的非边界拟合流体域中，而围绕飞机机翼和稳定器的网格是边界拟合的，以准确计算稳定器上的气动载荷。然后将获得的载荷时间变化应用于水平稳定器的动态混合壳分析，并评估高保真应力响应以进行后续疲劳评估。然后进行简单的频域疲劳分析，以评估稳定器的抖振引起的疲劳损伤。代表性水平稳定器的稳态和动态非线性混合壳分析结果证明了所提方法的数值精度和计算效率。
用于动态分析的等几何混合壳
摘要 飞机水平稳定器容易因气流与机翼分离以及随后其尾流对稳定器结构的冲击而发生疲劳损坏，这被称为抖振事件。在本文中，之前开发的等几何混合壳方法在动态分析设置中被重新制定，以模拟使用不同俯仰角的飞机起飞。所提出的 Kirchhoff-Love (KL) 和连续壳混合允许使用连续壳对飞机水平稳定器的关键结构部件进行建模，以获得高精度 3D 应力，而使用计算效率高的 KL 薄壳对不太重要的部件进行建模。施加的气动载荷由混合浸入几何和边界拟合的计算流体动力学 (CFD) 分析生成，以准确记录稳定器外表面的动态激励。具体来说，为了节省计算量，除了机翼和稳定器之外的整个飞机都浸入基于浸入几何分析 (IMGA) 概念的非边界拟合流体域中，而围绕飞机机翼和稳定器的网格则采用边界拟合，以准确计算稳定器上的气动载荷。然后将获得的载荷时间变化应用于水平稳定器的动态混合壳分析，并评估高保真应力响应以进行后续疲劳评估。然后进行简单的频域疲劳分析，以评估稳定器的抖振引起的疲劳损伤。代表性水平稳定器的稳态和动态非线性混合壳分析结果证明了所提方法的数值精度和计算效率。
土木工程杂志
混凝土路面已广泛用于机场跑道、滑行道和停机坪的修建。航空业通过开发更长、更宽、更重的飞机以及越来越多的机轮来应对日益增长的航空旅行需求，以支撑地面运行中的飞机。许多研究人员基于有限元法 (FEM) 开发了用于分析接缝混凝土路面的模型。尽管取得了显着的进步，但重要的考虑因素却被忽视了。这些简化可能会影响所开发模型的结果并使其不切实际。本研究进行了敏感性研究，以调查载荷参数对载荷传递效率 (LTE) 指标的影响，其中 LTE 概念是机场设计程序的基础。三维计算模型的开发由一组技术要求指导，所有技术要求均在最终模型中使用有限元代码 ABAQUS (6.13) 得到满足。研究了不同车轮配置下主起落架载荷大小与正负热梯度相结合的影响。介绍了验证过程以增加对模型结果的信心。了解刚性机场路面在这种情况下的响应对于开发新的路面设计程序以及对现有路面实施适当的补救措施非常重要。结果表明，利用动态载荷可以研究路面在不同车轮配置下可能承受的疲劳循环。这样可以检查由于车轮载荷引起的拉伸压缩循环，这可能会降低混凝土的强度，并且比考虑仅在一个方向上施加的静态载荷产生更多的疲劳损伤，即不涉及应力反转。此外，热梯度从正到负的变化显著改变了板的曲率形状。在车轮载荷和正热梯度的组合中发现了应力的临界情况。
起落架结构健康监测 (SHM)
本文提供了有关起落架结构健康监测 (SHM) 系统开发的信息，该系统通过直接负载测量以及支柱维修检测算法提供预测/诊断 HUMS 功能。该系统通过将新传感器集成到起落架组件中来提供先进的监测技术。直接负载测量方法是当前跟踪机身起落架系统和机身支撑结构疲劳损伤方法的范式转变，这些方法依赖于 SHM 设备以各种采样率在机上记录的飞机参数数据收集。起落架 SHM 提供直接负载测量、重量/平衡计算以及对起落架组件执行基于条件的维护 (CBM) 的能力。NAVAIR 与 ES3 签订合同，通过小型企业创新研究 (SBIR) 计划（通过 N121-043 主题的第二阶段奖励）支持起落架 SHM 的开发。提议的解决方案将直接转移到其他海军、军用和商用飞机平台。本文将讨论 HUMS 和 CBM 领域的以下主题：(1) 用于直接负载测量的先进起落架传感器；(2) 将直接负载监测数据融合到疲劳寿命评估中；(3) 利用支柱维修检测算法实现飞机维护的范式转变；(4) 系统验证和确认；(5) 安全和维护效益。频谱开发和使用监测领域的先前工作通常侧重于飞机结构，将假设转化为起落架组件，而无需任何直接测量。使用监测的好处也可以用于起落架。直接载荷测量能够延长使用寿命、根据实际载荷移除部件、提高安全性、增加飞机可用性，并将 CBM 数据纳入维护实践，从而节省维护成本。本文通过对在高技术就绪水平 (TRL) 下适用于严酷起落架环境的传感器进行小型化，推动了最新技术的发展。
土木工程杂志
混凝土路面已广泛用于机场跑道、滑行道和停机坪的修建。航空业通过开发更长、更宽、更重的飞机来应对日益增长的航空旅行需求，并增加机轮数量以支撑地面运行时的飞机。许多研究人员基于有限元法 (FEM) 开发了用于分析接缝混凝土路面的模型。尽管取得了显著的进步，但重要的考虑因素却被忽视了。这些简化可能会影响所开发模型的结果并使其不切实际。本研究进行了敏感性研究，以调查载荷参数对载荷传递效率 (LTE) 指标的影响，其中 LTE 概念是机场设计程序的基础。三维计算模型的开发由一组技术要求指导，所有技术要求都在使用有限元代码 ABAQUS (6.13) 的最终模型中得到满足。研究了不同车轮配置下主起落架载荷大小与正负热梯度相结合的影响。验证过程旨在增强模型结果的可信度。了解刚性机场道面在这种情况下的响应对于制定新的道面设计程序以及对现有道面实施合适的补救措施非常重要。研究结果表明，利用动态载荷可以研究道面在不同车轮配置下可能承受的疲劳循环。这可以检查由于车轮载荷引起的拉伸-压缩循环，这可能会降低混凝土的强度并产生比考虑仅在一个方向施加的静态载荷（即不涉及应力反转）更多的疲劳损伤。此外，热梯度从正到负的变化显著改变了板的曲率形状。在车轮载荷和正热梯度的结合下发现了应力的临界情况。
挑战“ΔKeff 是疲劳裂纹扩展的驱动力”假设
Paris、Gomez 和 Anderson 提出了描述疲劳裂纹扩展 (FCG) 的先锋方法，表明 FCG 速率 da/dN 与应力强度因子 (SIF) 范围 Δ K [1] 有很好的相关性。基于这一想法，Paris 和 Erdogan 提出了经典抛物线方程 da/dN = A ⋅ Δ K m ，其中 Δ K = K max – K min 如果 K min ≥ 0 [2] ，该方程通常可以很好地模拟固定载荷条件下的第二阶段 FCG。已经提出了许多类似的方程来考虑由其他参数引起的相关 FCG 效应，例如峰值 SIF K max 或载荷比 R = K min /K max、SIF 范围 FCG 阈值 Δ K th 和断裂韧性 K C ，例如在 [3] 中进行了综述。另一种 FCG 模型是 Elber 的 da/dN = f ( Δ K e ffi ) 假设，该假设基于塑性诱导裂纹闭合 (PICC) 概念，其中，如果 K op > K min ，则 Δ K e ffi = K max – K op ，否则，如果 K op < K min ，则 Δ K e ffi = Δ K ，将 K op 定义为裂纹张开 SIF。通过测量裂纹板在载荷循环过程中的柔顺性，Elber 发现疲劳裂纹可能需要拉伸张开载荷 P op > 0 才能完全张开其表面，因为它们会在包裹它们的塑性尾流内生长 [4] 。然后他假设，只有在载荷 P > P op 下裂纹完全张开后，它们才能暴露尖端，并在其前方承受进一步的疲劳损伤，这样就假设 Δ K e eff 是 FCG 的实际驱动力 [5] 。Elber 的概念可以合理地解释许多 FCG 特性。它们可以解释例如假设裂纹尖端前的塑性区 pz OL 因
声发射技术在船舶结构健康监测中的应用
在役声发射 (AE) 监测能够对主要结构细节区域进行全局监测，以便尽早发现活动裂纹和损伤演变。AE 源严重程度是缺陷严重程度和相关结构风险的量度，从而减少了基于传统检查和建模方法的结构评估中的当前不确定性。当与应变监测和断裂力学分析的最新发展相结合时，它是一种用于疲劳裂纹检测和全寿命损伤评估的强大工具，具有提高平台可用性的潜力。本文概述了金属中稳定疲劳裂纹扩展的底层物理原理以及相关微断裂事件产生的声发射。给出了在役船体结构细节全局 AE 监测的示例。描述了用于建模疲劳裂纹扩展和相关声发射的新型分析软件，该软件结合了我们对原子尺度断裂力学理解的最新发展。用于检测海洋钢结构疲劳损伤的 AE 传感频带通常在 50 到 300 kHz 之间，具体取决于背景噪声。最大可接受缺陷尺寸定义了所需的 AE“可检测性”。可检测性取决于裂纹扩展步骤的大小和速率，这决定了传感器间距和监测持续时间，以实现可靠的检测、定位和评估目的。疲劳损伤评估和裂纹寿命预测的重要附加信息是所关注结构细节中关键位置的标称循环应变。此裂纹寿命预测与 AE 一起提供了船舶经历的结构疲劳响应曲线。了解与测量的 AE 相关的操作和环境概况将为结构生命周期管理提供基础。作为 USCG VALID 项目的一部分，给出了“USCGC BERTHOLF”上潜在疲劳敏感结构细节的临时结果。概述了在英国海军舰艇上的类似更大规模应用。
组合技术和相关图像处理，用于弹性体中包含物的定量统计表征
1 ENSTA B RETAGNE , UMR CNRS 6027, IRDL, F-29200 B REST , F RANCE 2 V IBRACOUSTIC – CAE D URABILITY P REDICTION D EPARTMENT , 44474 C ARQUEFOU , F RANCE 3 N ANTES U NIVERSITÉ , E COLE C ENTRALE N ANTES , CNRS, G E M, UMR 6183, F-44000 N ANTES , F rance摘要弹性材料的特性受到成分和详细过程所产生的夹杂物的强烈影响。提出了一种方法，以根据其化学性质区分弹性体中对疲劳有害（大于几µm）的夹杂物，并使用足够的统计数据进行定量表征它们。使用三种技术并进行了比较：数字光学显微镜（OM），与能量分散X射线光谱相关的扫描电子显微镜（SEM）和X射线微计算机层析成像（µ-CT）。六种材料用于挑战该方法。除了通常的金属氧化物和碳黑色附聚物外，突出显示了三种非典型夹杂物，从而产生了特定的检测困难。与经典的阈值方法相比，开发了一个相关的图像分析过程，以自动和准确地检测获得的图像的包含物。不同夹杂物种群的形态和空间分布。µ-CT是包含物的分类和统计表征的最全面，最准确的方法。此外，可以使用反向散射电子（SEM-BSE）或数字OM获得有关包含物尺寸分布的相关数据。SEM-BSE比数字OM提供了更准确的结果。简介橡胶部分的性能与化合物中成分的分散质量有关。该分散剂取决于所用的成分以及详细过程（混合，注射和固化）1。用于橡胶零件的典型成分包括碳黑色（CB）或二氧化硅填充剂和ZnO。对成分的良好分散对于获得均匀的混合物，良好的机械性能以及批处理和批处理之间的性质的一致性很重要。此外，夹杂物和团聚物在这些材料的机械性能中起关键作用。例如，疲劳损伤通常以CB的聚集体2或在二氧化硅聚集体3或金属氧化物2,4处引发。因此，重要的是能够表征填充物分散体和橡胶化合物中的夹杂物。的确，这种分散在空间和大小上的知识允许检查混合物的质量，优化过程参数，并在微观结构和感兴趣的属性之间建立链接。*通讯作者。matthieu.le_saux@ensta-bretagne.fr在文献中已经提出了许多技术，以分析橡胶材料中成分（基本上是CB）的微或宏分散因素：•通过透射光学显微镜（OM）5,6的材料（厚度上的几微米至几千微米）观察材料的材料（厚度几英尺）的效果。观察到的较暗和较明亮的区域分别对应于CB团聚物，并在切割过程中脱离了聚集体；该方法在1960年代被用作标准（ASTM D-2663方法B）。