某型飞机液压系统管路安装应力控制研究

卢小勇

【摘要】飞机液压系统管路振动问题是多年来一直困扰着技术人员的主要问题，随着新一代飞机液压系统压力越来越高、流量越来越大、结构越来越复杂，这一问题越来越突出。国内外很多型飞机都出现过类似故障。目前，在新机研制过程中，由于振动过大，导致管路断裂及管接头漏油故障十分频繁，统计资料表明，飞机管路故障已经成为飞机故障的主体。为了避免管路使用过程中产生疲劳裂纹，提高飞机安全性和可靠性，本文对管路进行了装配质量检测与评估，研究了管路安装的应力控制。

【关键词】飞机液压系统;管路安装;应力控制

一、管路安装应力控制概述

1.1管路安装应力控制的含义

与国外相比，我国的管道应力分析工作开展较晚，在国家标准 GB 50316《工业金属管道设计规范》中，与管道应力相关的部分主要参考了美国规范。

1.2管路安装应力的危害

管路安装中产生的应力是影响管路安装质量的重要因素之一，而装配应力过大是造成液压管路渗漏的一个主要原因，管路带应力装配的主要原因是由系统附件、支架等不能准确定位装配造成的。在管路安装过程中，容易产生的应力主要有三种：强力对口应力、焊接变形应力和应力集中。管路安装中产生的应力，额外增加了管路的负荷，并对相连接的设备产生不良影响。主要危害有：缩短管路使用寿命、影响设备安全运行、额外应力容易引起工艺性差的高合金钢管焊口裂纹。在安装应力测试方面，对飞机管路的检测过程中，传统的应力测试法需要利用应变测试仪测试管道装配前后的应力，以获取管路装配过程中产生的初始应力。在获取初始安装应力过程中，利用应变片是最直接的办法，但是应变片比较繁琐，且粘附在管道上难于清除，整个检测过程比较费时，检测效率很低，因此需要研究管路初始应力检测的快捷方法，作为控制管路安装质量判别的依据。

二、管路安装应力控制的研究现状

目前，对初始安装应力进行仿真主要运用强迫位移法、轴对称基础单元法以及三维接触单元法等。在这几种方法中，运用强迫位移法计算得到的结果准确性最高，但是它对计算模

型有比较高的要求;二维轴对称模型接触单元求解的精度也比较高，但是需要求解的模型是轴对称结构，且计算时间较长;三维接触单元法运算速度较快，但是求解的精度相对来说较低。

仿真技术的发展中，一些学者提出了更加针对性的仿真方法。赵华等以各种柱筒和轴为研究对象，采用虚拟接触载荷法模拟分析它们间因强烈接触而产生的过盈配合现象，提出了具体的计算方法与分析程序。比较详细地研究了圆柱筒、凹形柱筒、凸形柱筒和实心轴间因过盈配合产生应力分布情况，以及配合面精度对接触应力分布的影响。根据研究结果，在三种柱筒配合面边缘都有不小应力集中现象。陈连等提出与经典的力学方法相比，用有限元方法可以有效的分析复杂形状轴毅不同变形情况下的各种问题，从而提高轴毅过盈配合设计的可靠性。

在变形量较小时，弹塑性有限元都能模拟结构的应力分布，确切的反映轮毅配合间的接触面应力集中现象等，但是，当因变形较大而产生塑性变形时，通过弹塑性的模拟分析能够更加真实的反映出有关轮对产生的塑性变形，因而，相比之下，弹塑性有限元模拟更加真实。FREDERIC等用有限元 ANSYS 软件对曲轴模型进行了有限元分析，得出了转子与曲轴在不同变形状态下应力分布规律。结论表明最小变形量时转子与曲轴接触面不滑动，最大变形时材料不失效，说明该系列产品满足设计要求。危延刚针对盘和转子中轴的连接进行研究，使用商用软件ANSYS 对轴从盘里拔出情况下盘轴连接处的应力进行计算。得出结构体上面接触面上的应力云图。通过理论分析与应力云图进行对比，得出结论，能够为工业上面关于过盈配合和组装提供依据。朱玉琴应用能量法详细的分析了猪尾管的安装应力，并通过电算绘制了安装应力计算云图，为施工人员提供参考依据。

在安装应力测量方面，主要采用测量应变，通过计算得出应力的方式。刘晗针对实际、中宝钢快速安装高炉炉体的工程，在提升重量大、安装时间紧的情况下，为保证施工安全，提高工作效率，以提升框架为研究对象，通过应力应变进行跟踪检测，解决了大型构件检测的关键技术。

三、管路安装应力控制系统研究

为了实现所研究理论的工程应用价值，并为试验验证提供检测手段，验证理论研究的正确性，本文基于模态测试技术对管道安装应力进行识别，利用 VC++6.0 软件开发了管道应力监测系统。 系统选取典型飞机液压管道，检查管道在正常安装情况下的频响函数，提取管道的各阶固有频率，并将数据存入数据库，针对该管道测定实验状态下的频响函数，提取管道的各阶有频率，将实验状态下的各阶固有频率与正常状态下的固有频率比较，判断管道的安装是否合格。

（1）系统设置：为了对管系中某根需要进行测试的管路进行标示及之后数比较与存储，首先进行管路型号设置;数据采集参数设置包括：通道设置，用于对采集卡进行配置;传感器设置，用于注册新类型的传感器;显示范围设置，将采集到的数据进行显示到合适的大小。

（2）数据采集：利用锤击法进行模态试验，界面中包括对采样参数如采样频率、采样点数进行设置，对冲击力阈值、测点编号进行设置等，并可以将采得的数据按设置的保存点数进行冲击响应文件的保存。计算机与 NI 公司的 USB9234 数据采集器接口，实现力锤激振力、振动加速度的采集。采用 NI c AQ-9162 机座可以插入 1 个 USB9234 采集模块，实现 4 通道测量，能够方便地实现多点激励单点测量工作;采用 NI c AQ-9178 机座可以同时插入 8 个 USB9234 采-集模块，实现 32 个通道信号的同步采集，能够方便适用于单点激励多点测量;

（3）模态分析：对采得的冲击响应数据进行快速傅里叶变换，模块中的 Dyplot 插件可以將冲击响应函数、冲击激励、相干函数、频率响应函数显示出来，直观上可以对数据进行一个把握;

（4）安装应力识别：试验得到的结果可与数据库中存放的标准模态进行对比，从而判别出是否存在安装应力。

（5）样本数据设置：该模块主要利用 VC++的 ODBC 数据库编程，使用 Microsoft Access为本系统软件构造一个数据库 PASTS_Database.mdb，用于存储相关参数和不同管型正常状态下的频响函数，实现安装应力测试系统软件的数据管理，方便结果的存储、调用、查看。

【总结】

管道应力分析不仅关系管道自身的安全，同时会影响到与其相连的设备及周边结构的安全，因此，在管道设计的过程中引起了越来越多的关注。在管道设计中装配引起的装配应力在某些情况下甚至大于工作应力，是当前理论和工程界共同关注的热点问题。

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