复合材料楔形件双面埋头铆接工艺试验技术研究
发布时间：2022-01-17 20:25
研究了碳纤维复合材料层合板的基本结构和力学性能,分析了国内外学者关于复合材料结构铆接工艺的研究现状,介绍了现有铆接工艺的具体实施方法和不足之处。说明用于楔形结构压铆设备的机械结构和使用方法,为铆接有限元模型的建立和铆接实验的设计奠定基础。在ABAQUS中建立了复合材料楔形件双面埋头压铆的三维有限元模型,对ABAQUS进行二次开发,创建碳纤维复合材料的VUMAT用户子程序材料模型。模型采用三维Hashin失效准则作为累积损伤的判据,并使用合理的材料退化方式对损伤部位刚度进行折减。使用有限元分析的方法对压铆过程进行模拟,得到了铆钉的成型规律和应力应变分布。碳纤维复合材料层合板在铆钉挤压应力的作用下,镦头锪窝和钉孔区域出现损伤,损伤类型主要以分层失效和基体压缩失效为主。仿真分析中通过改变不同的铆接工艺参数,确定影响铆接质量的关键因素为镦头锪窝直径和铆钉外伸量,并得到了大致的工艺参数取值区间,为铆接实验的设计奠定基础。采用析因实验的方法进行铆接工艺实验的研究,对实验数据进行方差分析,从显著性结果得到镦头锪窝直径是影响铆接质量的最重要的因素,并结合IBM SPSS Statistics软件绘制工...
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
歼10各翼面分布
2图 1.2 楔形部位结构由于上述结构中的铆钉镦头均暴露在外部气流中，对气动性能和隐身性能要求比格，使得表面设计必须平整光滑，因此这种结构的连接方式必须采用双面埋头铆接式。但是目前国内各大航空企业对复合材料楔形件的双面埋头铆接采用的是锤铆的。锤铆就是在铆接的过程中，用铆枪或者榔头锤击铆钉，产生间隙冲击力和顶铁反力，使铆钉杆镦粗而形成镦头的铆接方法。锤铆的缺点是劳动强度大，铆接质量主决于操作者的技术水平，并且操作者的工作效率也比较低。飞机表面蒙皮采用碳纤合材料层合板，对冲击载荷比较敏感。但是在锤铆过程中榔头容易锤偏，锤击到蒙皮蒙皮带来冲击载荷使得蒙皮表面出现凹痕，并且容易导致蒙皮内部出现分层、开接层被振碎等现象。从而在飞机装配过程中就埋下了安全隐患，导致飞机零部件的寿命变小，影响产品的装配性能和使用寿命，甚至造成严重的安全事故。在不改变
图 1.3 单个铆钉压铆变形过程国外在铆接工艺方面使用仿真分析与实验结果相结合的方法，分析压铆力和铆钉类型对铆钉孔区域附近应力应变的影响也做了大量的研究。其中 W. Wronicz 等[13]使用有限元仿真分析的方法，创建待铆接结构的简化二维模型，获得了压铆过程中铆钉内部以及铆钉孔区域附近的应力应变场；使用 X 射线对待铆接件铆钉孔区域附近进行探测，检测其应变场分布以及残余应力分布情况。在铆钉孔区域附近粘贴应变片来检测连接孔区域的应变应力分布情况。最后通过对比分析验证了有限元分析结果和实验结果基本一致的结论，探索出了一种高效廉价的铆接工艺实验方法。1.2.2 国内研究现状国内对铆接这种连接方法的研究主要分为两个方面，一个方面是对普通压铆工艺的研究。其中压铆力是非常值得关注的工艺参数，压铆力决定了铆钉成型后镦头的形状和尺寸。虽然压头没有和待铆接件直接接触，但是通过铆钉的变形挤压改变了铆钉孔附近的应力应变情况，从而对连接件的寿命产生间接的影响。同时如果压铆力过大会使得待
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型飞机壁板组件先进装配技术[J]. 王巍,俞鸿均,谷天慧. 航空制造技术. 2016(05)
[2]大型飞机壁板无头铆钉干涉连接技术[J]. 王仲奇,常正平,郭飞燕,康永刚,李晖,罗群,刘博峰. 航空制造技术. 2015(04)
[3]飞机薄壁钣金零件铆接过程变形建模与仿真(英文)[J]. 张开富,程晖,李原. Chinese Journal of Aeronautics. 2011(03)
[4]复合材料结构三维有限元分析的材料参数[J]. 赵丽滨,秦田亮,李嘉玺,付月. 北京航空航天大学学报. 2010(07)
[5]楔形复合材料结构电磁铆接工艺[J]. 曹增强,代瑛. 航空学报. 2009(10)
[6]新机研制中的复合材料结构装配关键技术[J]. 曹增强. 航空制造技术. 2009(15)
[7]大型飞机自动化装配技术[J]. 许国康. 航空学报. 2008(03)
[8]一代材料技术,一代大型飞机[J]. 曹春晓. 航空学报. 2008(03)
[9]飞机结构用复合材料的力学性能要求[J]. 沈真,杨胜春. 材料工程. 2007(S1)
[10]铆接铆钉分布压力的计算[J]. 夏平,刘兰. 现代制造工程. 2003(12)
硕士论文
[1]铆接变形及其有限元分析[D]. 刘平.西北工业大学 2007
[2]电磁铆接工艺研究[D]. 葛建峰.西北工业大学 2005
[3]低电压电磁铆接过程数值模拟研究[D]. 杨军.武汉理工大学 2004
本文编号：3595383
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
歼10各翼面分布
2图 1.2 楔形部位结构由于上述结构中的铆钉镦头均暴露在外部气流中，对气动性能和隐身性能要求比格，使得表面设计必须平整光滑，因此这种结构的连接方式必须采用双面埋头铆接式。但是目前国内各大航空企业对复合材料楔形件的双面埋头铆接采用的是锤铆的。锤铆就是在铆接的过程中，用铆枪或者榔头锤击铆钉，产生间隙冲击力和顶铁反力，使铆钉杆镦粗而形成镦头的铆接方法。锤铆的缺点是劳动强度大，铆接质量主决于操作者的技术水平，并且操作者的工作效率也比较低。飞机表面蒙皮采用碳纤合材料层合板，对冲击载荷比较敏感。但是在锤铆过程中榔头容易锤偏，锤击到蒙皮蒙皮带来冲击载荷使得蒙皮表面出现凹痕，并且容易导致蒙皮内部出现分层、开接层被振碎等现象。从而在飞机装配过程中就埋下了安全隐患，导致飞机零部件的寿命变小，影响产品的装配性能和使用寿命，甚至造成严重的安全事故。在不改变
图 1.3 单个铆钉压铆变形过程国外在铆接工艺方面使用仿真分析与实验结果相结合的方法，分析压铆力和铆钉类型对铆钉孔区域附近应力应变的影响也做了大量的研究。其中 W. Wronicz 等[13]使用有限元仿真分析的方法，创建待铆接结构的简化二维模型，获得了压铆过程中铆钉内部以及铆钉孔区域附近的应力应变场；使用 X 射线对待铆接件铆钉孔区域附近进行探测，检测其应变场分布以及残余应力分布情况。在铆钉孔区域附近粘贴应变片来检测连接孔区域的应变应力分布情况。最后通过对比分析验证了有限元分析结果和实验结果基本一致的结论，探索出了一种高效廉价的铆接工艺实验方法。1.2.2 国内研究现状国内对铆接这种连接方法的研究主要分为两个方面，一个方面是对普通压铆工艺的研究。其中压铆力是非常值得关注的工艺参数，压铆力决定了铆钉成型后镦头的形状和尺寸。虽然压头没有和待铆接件直接接触，但是通过铆钉的变形挤压改变了铆钉孔附近的应力应变情况，从而对连接件的寿命产生间接的影响。同时如果压铆力过大会使得待
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型飞机壁板组件先进装配技术[J]. 王巍,俞鸿均,谷天慧. 航空制造技术. 2016(05)
[2]大型飞机壁板无头铆钉干涉连接技术[J]. 王仲奇,常正平,郭飞燕,康永刚,李晖,罗群,刘博峰. 航空制造技术. 2015(04)
[3]飞机薄壁钣金零件铆接过程变形建模与仿真(英文)[J]. 张开富,程晖,李原. Chinese Journal of Aeronautics. 2011(03)
[4]复合材料结构三维有限元分析的材料参数[J]. 赵丽滨,秦田亮,李嘉玺,付月. 北京航空航天大学学报. 2010(07)
[5]楔形复合材料结构电磁铆接工艺[J]. 曹增强,代瑛. 航空学报. 2009(10)
[6]新机研制中的复合材料结构装配关键技术[J]. 曹增强. 航空制造技术. 2009(15)
[7]大型飞机自动化装配技术[J]. 许国康. 航空学报. 2008(03)
[8]一代材料技术,一代大型飞机[J]. 曹春晓. 航空学报. 2008(03)
[9]飞机结构用复合材料的力学性能要求[J]. 沈真,杨胜春. 材料工程. 2007(S1)
[10]铆接铆钉分布压力的计算[J]. 夏平,刘兰. 现代制造工程. 2003(12)
硕士论文
[1]铆接变形及其有限元分析[D]. 刘平.西北工业大学 2007
[2]电磁铆接工艺研究[D]. 葛建峰.西北工业大学 2005
[3]低电压电磁铆接过程数值模拟研究[D]. 杨军.武汉理工大学 2004
本文编号：3595383
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