获奖项目名称：

海洋腐蚀环境下飞机复合材料结构寿命评定技术

第一完成单位：

中国特种飞行器研究所

项目联系人：

梅晓峰

联系人电话：

15908631640

联系人邮箱：

465793192@qq.com

项目简介：

2.1研究目的意义
  瞄准高适海飞机及无人机等新一代飞机服役过程面临的髙盐湿度、长周期载荷以及复合材料易于分层开裂等严苛问题，开展海洋腐蚀环境下飞机复合材料结构寿命评定技术研究，突破碳纤维复合材料海洋湿热耦合环境下细观结构演变型疲劳寿命数值评估技术，为飞机结构抗腐蚀设计提供依据。
2.2主要技术创新点
  2.2.1关键突破及解决的主要问题
  (1)创新性的引入基于老化机制影响路径解耦的碳纤维复合材料等效加速方法，系统性开展了多环境因素对复合材料孔板结构的耐久性加速试验，揭示了其影响机理。根据已有的试验数据，深度解析了湿热等环境因素对碳纤维复合材料静力、疲劳性能的交互影响效应，弥补了传统复合材料结构设计仅考虑力学性能设计方法的局限性。
  (2)结合型号维护现实需求，首次提出基于航空结构承载特征的复材构件分级识别与建模分析策略。对于一般结构件，采用渐进疲劳损伤分析方法，建立了典型载荷特征与剩余刚度/应变的映射模型，实现了碳纤维复合材料剩余强度与服役寿命的精准评估，复合材料结构剩余强度预测误差小于15%，满足工程应用需求。
  (3)对于航空重要结构件分层损伤，首次提出了一种基于细观物理机制的复合材料层间行为解耦内聚力分析方法。建立了相邻铺层角度与纤维桥接演变之间的关联关系，采用三内聚力模型实现了分层损伤过程中基体开裂、短纤维桥接和长纤维桥接现象的显式表达，揭示了复合材料细观分布特征对分层过程能量耗散形式的影响机制。该成果解决了低速冲击后重要构件的损伤扩展行为预测难题，显著提升飞机维护效率，助力型号实现全生命周期管理。
  2.2.2技术指标先进性和成熟度
  提出了一种复合材料结构损伤分类分析策略，包括面向重要复合材料结构件分层损伤评估的基于物理机制的层间损伤预测解耦内聚力方法，面向一般结构件疲劳寿命分析的碳纤维复合材料损伤预测模型，预测误差小于15%。其成熟度达到5级。
2.3成果产生的价值
  通过开展海洋腐蚀环境下飞机复合材料结构寿命评定技术研究，建立了计及多环境因素耦合影响的碳纤维复合材料设计许用值选用方法，形成了复合材料一般结构的疲劳寿命预测与复合材料重要结构层间损伤分析方法，通过后续转化应用，能够广泛应用于高适海飞机型号的碳纤维复合材料损伤分析与寿命评定。
  (1)海洋腐蚀环境下飞机复合材料结构寿命评定技术研究成果可应用于飞机复合材料结构，尤其是可海洋上起降的水上飞机和水陆两栖飞机。当前已应用于AG600飞机的损伤早期预警分析，提供结构失效规律和周期、损伤程度等关键信息，为视情维修以及后续飞机设计提供参考，避免了过早维修导致的人力、物力浪费，及维修滞后导致的结构安全风险，效果显著。
  (2)海洋腐蚀环境下飞机复合材料结构寿命评定该技术研究成果，随着外场运动数据的累积，可借助高通量大数据技术进一步提升复合材料结构寿命预测模型的精度，同时该模型可用于指导下一代高适海性碳纤维材料体系优化，在沿海及海洋环境下飞机型号及其他装备研制中应用前景广阔。