【摘 要】
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本文以植物叶片为仿生对象,基于激光喷丸技术,开发适用于飞机蒙皮裂纹阻滞强化的仿生激光喷丸技术,以增强飞机蒙皮抗裂纹阻滞能力,提高飞机蒙皮的剩余疲劳寿命。共提取210片樱树叶片的特征参数并进行参数统计,Lilliefors测试结果表明叶片的特征参数符合正态分布。基于所提取的特征参数,使用中心复合设计法和随机正态分布法共设计60个仿生结构。使用ABAQUS/Explicit显式分析模块和ABAQUS/
【基金项目】
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国家青年自然科学基金:“飞机蒙皮仿生耦合强化裂纹扩展规律与阻滞机理研究”（资助号:51705229）；
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本文以植物叶片为仿生对象,基于激光喷丸技术,开发适用于飞机蒙皮裂纹阻滞强化的仿生激光喷丸技术,以增强飞机蒙皮抗裂纹阻滞能力,提高飞机蒙皮的剩余疲劳寿命。共提取210片樱树叶片的特征参数并进行参数统计,Lilliefors测试结果表明叶片的特征参数符合正态分布。基于所提取的特征参数,使用中心复合设计法和随机正态分布法共设计60个仿生结构。使用ABAQUS/Explicit显式分析模块和ABAQUS/Standard隐式分析模块建立双面仿生激光喷丸数值模型。仿生试样的裂纹扩展模拟结果表明仿生结构可以阻滞裂纹扩展并提高试样的剩余疲劳寿命。裂纹阻滞能力最优的是仿生试样M19、R23、M15以及R10。通过对仿生试样残余应力场的进一步分析,发现试样的上、下表面具有大量的残余压应力,且试样沿深度方向的残余应力呈现“压应力-拉应力-压应力”的三明治结构。仿生激光喷丸产生的残余压应力平衡了一部分施加在试样上的拉伸载荷,致使裂纹尖端应力强度因子下降。此外,残余应力的不对称分布致使裂纹在扩展时出现裂纹偏转现象。因此,裂纹扩展路径的绝对长度被延长,试样的剩余疲劳寿命得以提高。使用随机正太分布法共生成1千万个仿生结构,基于已训练良好的BP神经网络和蒙特卡洛法预测得到最优仿生结构为0.3399（D1）、0.4157（D2）、0.5573（D3）、0.2681（D4）和34.9911（Angle）,且预测的剩余疲劳寿命为104887（Cycles）。通过对该仿生试样的裂纹扩展模拟得到其剩余疲劳寿命为108426（Cycles）。预测值与模拟值的相对误差为3.264%,表明所建立的BP神经网络具有已训练良好。
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