某机型耳片不同结构疲劳性能研究

发布时间：2020-03-23 21:53

【摘要】：耳片是航空飞机中重要的连接结构,但是由于耳片独特的结构特点在飞机服役过程中极易产生疲劳裂纹。据有关部门估计,孔边裂纹大约占飞机疲劳裂纹总数的三分之一,因此对飞机耳片疲劳性能的研究有着重要的意义。本文以某型飞机典型耳片为研究对象,运用有限元与试验相结合的方法分析了三种不同结构下结构参数变化对耳片的承载能力、疲劳寿命和疲劳裂纹扩展寿命的影响规律。运用ABAQUS软件建立耳片拉伸力学模型,计算了各参数耳片的破坏载荷及破坏形式,与试验结果进行对比分析后得到,各类型耳片破坏载荷随着挤压投影面积的增加而增大,但是耳片外缘夹角和底部倒角的变化对耳片破坏载荷不产生影响,各参数耳片破坏形式主要取决于挤压投影面积。在耳片拉伸模型的基础上建立峰值载荷下孔边应力的求解模型,并求解了不同挤压投影面积类型耳片的应力集中系数。综合试验结果和数值计算结果分析出耳片疲劳寿命随着挤压投影面积和外缘夹角的增加而增大且挤压投影面积对耳片疲劳寿命的影响程度大于外缘夹角,耳片疲劳寿命不随底部倒角的变化而变化,并且裂纹总是沿着各参数耳片的净截面扩展。在耳片拉伸模型的基础上建立各类型耳片疲劳裂纹应力强度因子的求解模型,从解析法和试验结果两方面验证了有限元模型的准确性,并拟合了各类型耳片中裂纹强度因子随裂纹长度变化的函数。最后运用断裂力学方法计算了各类型耳片的疲劳裂纹扩展寿命。结果表明疲劳裂纹扩展寿命随外缘夹的增加而迅速增大,挤压投影面积和底部倒角对其几乎不产生影响。
【图文】：

耳片,试验件,参数

沈阳航空航天大学硕士学位论文第 2 章试验设计及力学模型建立构设计飞机中重要的连接件结构具有多种结构形式，本文针对某型的不同挤压投影面积、不同外缘夹角、不同底部倒角这三种劳性能的影响。耳片的材料采用航空铝合金 7B04，弹性模量，密度为 2.7957kg/m3，经过热处理后屈服强度为 496MPa,抗为耳片试样参数，为了保持耳片剪切面面积恒定,耳片剪切断=15mm)。图中 β 为耳片外缘夹角，D 为内孔直径，T 为耳片其中挤压投影面积 Abr=D·T，，耳片的净截面面积 At=(15-D/不变是文中典型耳片特点。

示意图,夹具,示意图,耳片

β=45°、R=8mm (e) Abr=90mm2、β=90°、R=4mm (f) Abr=90mm2、β=0°、R=8mm(g) Abr=90mm2、图 2.2 不同结构各参数耳片三维模型试验夹具设计介绍了耳片的三种结构形式，本小节将根据试验过程中静力及疲劳载具材料均选用 30CrMnSiA，材料的弹性模量为 210Gpa，泊松比为耳片结构设计的夹具整体图如图 2.3 所示。设计的夹具包括 U 形钩和夹紧组件。定位夹紧组件包括上下夹板，可拆卸螺栓连接结构。其中形通槽：下夹板上表面有与试件下部分相配合的矩形定位槽；可拆卸分别开设在上、下夹板的螺栓孔，以及用于连接所述螺栓孔的六角头下夹板中心的矩形槽中如图 2.4 所示。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V215.5

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