用于確定復合結構中的允許含水量的方法和系統技術方案

用于確定復合結構中的允許含水量的方法和系統。一種確定復合結構的允許含水量(146)的方法(300)包括對所述復合結構執行(302)熱分析以確定所述復合結構的表面溫度分布(126)。所述表面溫度分布(126)獨立于所述復合結構的含水量來確定。方法(300)還包括對所述復合結構執行水分分析以確定所述復合結構的允許含水量(146)，使得所述水分分析基于所確定的表面溫度分布(126)。

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及一種確定結構的允許含水量的方法，更具體地講，涉及一種確定飛行器的制造中所使用的復合結構的允許含水量的方法。
技術介紹
非金屬結構與金屬結構相比有許多優點。最顯著的是，它們顯著降低重量還不會損失強度，例如通過使非金屬纖維準確對準預期施加負載的方向。纖維被布置在多個交疊的層中。某些組的材料(例如，某些塑料和環氧樹脂復合結構)容易通過擴散吸收水分。盡管這是相對緩慢的過程(吸收量在以周、月和年測量的時間周期內以毫米計)，材料內水分的存在可能縮短材料的有用服務壽命。另外，長時間暴露于相對高的溫度也可能縮短材料的有用服務壽命。因此，在設計過程中有必要考慮高溫和含水量的影響。傳統上，在復合材料的設計中獨立于復合結構的尺寸和規模使用恒定的飽和度。恒定飽和度按照干燥復合結構的水分重量百分比來測量。例如，當結構內的含水量的重量達到具有零水分的復合結構的預定重量百分比時得到最大允許含水量(飽和度)。傳統飽和度是針對具有大約30至40層的相對薄的復合結構設計的。然而，現代復合結構可包括50至100層那么多。厚度增加的現代復合結構能夠按比例吸收更多的水分而不會影響組件的服務壽命。因此，傳統的預定飽和度導致過度設計的復合結構，這增加了飛行器的重量并且增加了制造時間和成本。另外，為了確定飽和度而進行的計算包括執行相結合的熱分析和水分擴算分析。這樣的計算包括大量數據并且需要大量的計算能力和時間來確定。因此，需要一種確定相對厚的復合結構的水分飽和度的方法，該方法需要較少時間和計算能力。
技術實現思路
在一方面，提供一種確定復合結構的允許含水量的方法。該方法包括對所述復合結構執行熱分析以確定所述復合結構的表面溫度分布。所述表面溫度分布獨立于所述復合結構的含水量來確定。該方法還包括對所述復合結構執行水分分析以確定所述復合結構的允許含水量，使得所述水分分析基于所確定的表面溫度分布。在另一方面，提供一種允許含水量確定系統。該允許含水量確定系統包括環境參數數據庫，該環境參數數據庫包括來自多個機場的與多個環境參數有關的環境參數數據。該允許含水量確定系統還包括表面溫度模塊，該表面溫度模塊被配置為針對所述多個機場執行熱分析以生成復合結構的表面溫度分布。所述表面溫度分布基于所述環境參數數據并且獨立于所述復合結構的含水量。該允許含水量確定系統還包括允許含水量模塊，該允許含水量模塊被配置為基于所生成的表面溫度分布執行水分分析以確定所述復合結構的允許含水量。在另一方面，提供至少一種非暫時性計算機可讀存儲介質，其上具體實現有計算機可執行指令。所述計算機可執行指令在被處理器執行時使得處理器利用表面溫度模塊執行復合結構的熱分析以確定所述復合結構的表面溫度分布。所述表面溫度分布獨立于所述復合結構的含水量來確定。所述計算機可執行指令還使得處理器利用允許含水量模塊執行所述復合結構的水分分析以確定所述復合結構的允許含水量。所述水分分析基于所確定的表面溫度分布。附圖說明圖1示出實現示例性允許含水量確定系統的示例性流程圖；圖2示出示例性復合結構的確定的允許含水量的示例性圖線；以及圖3示出確定復合結構的允許含水量的方法的示例性流程圖；圖4示出確定復合結構的允許含水量的另一方法的示例性流程圖；以及圖5是圖1的允許含水量確定系統中所使用的示例計算裝置的框圖。具體實施方式目前，基于飽和至其允許含水量的復合結構的強度小于當完全不飽和時復合結構的理論強度來設計復合結構。如本文中所述，對于較大的結構(例如，常用飛行器)，確定的是復合組件具有大約50mm的厚度。此數量級的復合結構在其服務壽命過程內基本沒可能貫穿其整個厚度變得飽和。因此，期望基于其厚度來確定復合結構的允許含水量。如本文所公開的，根據基于其厚度新計算的水分攝入來制造復合結構，從而生產維持所需的強度量但是減小飛行器的總重量并且可降低與其關聯的制造成本的厚度較薄的復合結構。在一個實現方式中，提供一種計算機程序，該程序被具體實現于計算機可讀介質上。在示例實現方式中，計算機程序在單個計算裝置上執行，而無需連接至服務器計算機。計算機程序是靈活的，被設計為在不損害任何主要功能的情況下在各種不同的環境中運行。在一些實現方式中，系統包括分布于多個計算裝置之間的多個組件。一個或更多個組件可以是具體實現于計算機可讀介質中的計算機可執行指令的形式。系統和處理不限于本文所描述的特定實現方式。另外，各個系統的組件和各個處理可與本文所描述的其它組件和處理獨立和分離地實踐。各個組件和處理還可與其它組件封裝和處理組合使用。如本文所用，術語“含水量”通常表示材料(例如，吸濕膨脹性復合材料)中的水的量，該量可按照本領域技術人員已知的任何單位來表示。在一些實施方式中，所述單位可按照例如重量百分比來表示，可表示基于樣品在其無水狀態下的重量計的水的百分比。術語“吸濕膨脹性材料”可表示隨著含水量的改變而經歷體積改變的材料。術語“吸濕膨脹性復合材料”表示可吸收水分，可隨其吸收水而膨脹，并且由不止一個組分組成的材料。在一些實施方式中，材料包括吸濕組分。本領域技術人員將理解，復合材料可采取多種形式。在一些實施方式中，例如，術語“復合材料”和“復合結構”可互換使用。由各自具有相同或不同組成的多個組分制造而成的合成材料是另一示例。這樣的材料可包括具有眾多纖維元素的復合材料的織造和非織造材料，所述纖維元素具有相同或不同的個體組成。本文所描述的吸濕膨脹性復合材料包括用在飛行器(例如，飛行器蒙皮)中的樹脂復合材料。本文所描述的樹脂復合材料包括纖維強化復合材料。樹脂包括環氧樹脂，加強纖維包括碳纖維。在其它優選實施方式中，復合材料的樹脂可包括聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂和酚醛樹脂，加強纖維可包括玻璃纖維、陶瓷纖維和二甲酰胺(alamide)纖維。通常，本文所描述的復合材料或復合結構可以是受益于復合材料的使用的任何應用中所使用的任何類型的復合材料。如本文所用，前面帶有“一”的以單數敘述的元件或步驟應該被理解為不排除復數個元件或步驟，除非這種排除被明確地敘述。另外，本公開提及的“示例實現方式”或“一個實現方式”并不旨在被解釋為排除也包含所敘述的特征的另外實現方式的存在。圖1示出用于實現示例性允許含水量確定系統100的示例性流程圖。在示例性實現方式中，系統100包括環境參數數據庫102，其存儲與可用于確定復合結構的允許含水量的多個各種環境參數有關的數據，如下面進一步詳細描述的。具體地講，環境參數數據庫102至少存儲溫度數據104、太陽能負荷數據106、風速數據108和降水數據110。在示例性實現方式中，數據庫102存儲多個機場的環境參數數據。更具體地講，數據庫102存儲具有確定的最高水分攝入的至少12個機場的環境參數數據。使用具有確定的最高水分攝入的機場以使得最終允許含水量確定是保守估計，同時仍提供大小更厚的復合結構的允許含水量的更準確的確定。數據庫102包括在40年的時期內按小時收集的環境參數數據。系統100還包括參數分布模塊112，其基于來自數據庫102的環境參數數據確定多個參數分布114。更具體地講，模塊112針對在數據庫102中存儲有數據的各個不同的環境參數確定參數分布114。例如，模塊112從溫度數據104生成溫度分布116，從太陽能負荷數據106生成太陽能負荷分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種確定復合結構的允許含水量(146)的方法(300)，所述方法包括以下步驟：對所述復合結構執行熱分析以確定所述復合結構的表面溫度分布(126)，其中，所述表面溫度分布(126)獨立于所述復合結構的含水量；以及對所述復合結構執行水分分析以確定所述復合結構的允許含水量(146)，其中，所述水分分析基于所確定的表面溫度分布(126)。

【技術特征摘要】
2015.06.22 US 14/745,8131.一種確定復合結構的允許含水量(146)的方法(300)，所述方法包括以下步驟：對所述復合結構執行熱分析以確定所述復合結構的表面溫度分布(126)，其中，所述表面溫度分布(126)獨立于所述復合結構的含水量；以及對所述復合結構執行水分分析以確定所述復合結構的允許含水量(146)，其中，所述水分分析基于所確定的表面溫度分布(126)。2.根據權利要求1所述的方法(300)，該方法還包括步驟：制造具有基于所確定的允許含水量(146)的厚度的復合結構。3.根據權利要求1或2所述的方法(300)，其中，所述熱分析在第一時間周期內執行，所述水分分析在比所述第一時間周期更長的第二時間周期內執行。4.根據權利要求1或2所述的方法(300)，其中，執行熱分析的步驟包括從環境參數數據庫(102)接收與多個環境參數有關的環境參數數據，其中，所述環境參數數據是在預定的時間周期內從多個機場收集的。5.根據權利要求4所述的方法(300)，該方法還包括步驟：將所述環境參數數據輸入到參數分布(114)模塊中以確定所述多個環境參數中的各個環境參數的參數分布(114)。6.根據權利要求1或2所述的方法(300)，該方法還包括步驟：將所述表面溫度分布(126)輸入到相對濕度模塊(128)中以確定相對濕度分布(130)。7.根據權利要求1或2所述的方法(300)，該方法還包括步驟：確定多個機場中的各個機場的機隊利用分布(132)，其中，各個機隊利用分布(132)基于來自所述多個機場中的各個機場的飛行中運行數據(136)和地面非運行數據(134)。8.根據權利要求1或2所述的方法(300)，其中，執行水分分析的步驟包括將預定復合結構數據(142)和至少一個環境限定分布(140)輸入到允許含水量模塊(144)中。9.根據權利要求8所述的方法(300)，其中，所述環境限定分布(140)基于相對濕度分布(130)、所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·阿普達爾哈伊姆，HC·C·陳，W·M·阿什馬維，K·D·梅雷迪思，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發明
國別省市：美國;US