高锁螺栓干涉量对飞机结构连接件的疲劳寿命增益研究

发布时间：2017-08-18 19:37

  本文关键词：高锁螺栓干涉量对飞机结构连接件的疲劳寿命增益研究

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【摘要】：我国航空制造由于历史原因,在初期发展阶段得到了前苏联的大量帮助和指导,所以目前我国飞机高锁螺栓装配标准均是沿用前苏联装配标准,由于缺乏相关理论和试验研究,该标准与我国军用飞机装配中已表现出了严重的不适应性,在装配中经常出现干涉量过大而导致螺栓弯曲甚至断裂的情况。本文针对某型飞机铝合金材料结构,研究高锁螺栓的干涉量在不同夹层厚度的基体上对结构件的疲劳增益机理,针对某系列飞机以及后续机型铝合金材料大约束厚夹层结构特点制定最合理的高锁螺栓干涉连接安装规范,从而保障某型飞机的装配质量。主要内容如下:(1)介绍了干涉配合的飞机结构抗疲劳强化机理,并且根据疲劳寿命及细节疲劳额定值法相关理论,确定了试验系统和疲劳试验方案,对不同干涉量的高锁螺栓结构件进行疲劳试验。(2)提出了一种预测萌生裂纹寿命的方法。根据试验结果和裂纹扩展机理假设模型推导出了一种裂纹扩展规律的公式,并在试验中得到了很好的验证,仿真和试验数据中应力的变化值达到了很好的一致性。通过该公式分别求得不同干涉量下的高锁螺栓结构件的0.8mm下的裂纹萌生寿命。结果表明:在厚度为10mm,孔径为9.4mm,最大应力170Mpa的相同情况下,干涉量1.19%的试验件的裂纹萌生寿命要远远高于干涉量0.75%的试验件的裂纹萌生寿命。在可靠性寿命小于15万次时,厚度6mm,孔径7.8mm的试件的最佳干涉量应该在0.87%附近,此时结构件获得的疲劳增益是最大的;而可靠性寿命大于15万次时,厚度6mm,孔径7.8mm的试件的最佳干涉量应该在0.65%附近。(3)利用有限元软件构建不同高锁螺栓干涉量下的结构件三维模型,模拟疲劳试验过程,进行数值模拟分析,结果表明:尽管干涉量的增大可以使结构件更加降低Y向应力水平,但超过一定范围后干涉量的增大对应力减小就不明显了。并且,在实际工程应用中,干涉量的增大会带来整个装配工艺上的困难,比如螺栓难以打入结构件中、螺栓打入过程孔内发生较大形变、使结构件报废、有时甚至打入过程发生螺栓的断裂等。所以,根据有限元仿真结果结合实际装配条件等因素来看,建议孔径9.4mm厚度10mm试件的干涉量在1%~1.5%之间,孔径7.8mm厚度6mm试件的干涉量在0.5%~1%之间,这是比较符合工程实际情况的。并且,这与试验结果也相符合。
【关键词】：高锁螺栓 干涉配合 疲劳寿命增益 有限元 疲劳寿命分析
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V215.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 国外研究现状16
• 1.2.2 国内研究现状16-18
• 1.2.3 问题的提出18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 第二章 基于干涉配合的飞机结构抗疲劳强化技术20-27
• 2.1 抗疲劳强化技术及分类20-22
• 2.1.1 强化技术的定义20
• 2.1.2 强化技术的分类20-22
• 2.2 干涉量的定义22
• 2.3 结构件孔边应力分布22-24
• 2.4 干涉配合的强化机理24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 疲劳试验系统及试验方案27-45
• 3.1 疲劳相关理论27-31
• 3.1.1 疲劳定义及分类27-29
• 3.1.2 疲劳寿命与影响因素29-31
• 3.2 细节疲劳额定值方法31-36
• 3.2.1 细节疲劳额定值法基本假设及定义31-32
• 3.2.3 细节疲劳额定值可靠性计算32-34
• 3.2.4 细节疲劳额定值与S-N曲线关系34-35
• 3.2.5 标识载荷换算35-36
• 3.3 疲劳试验系统36-41
• 3.3.1 试验件36-37
• 3.3.2 试验设备37-41
• 3.4 试验方案41-44
• 3.4.1 试验要求42-43
• 3.4.2 试验步骤43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 疲劳裂纹萌生寿命预测方法45-56
• 4.1 基于细节疲劳额定值法的裂纹萌生寿命预测45-46
• 4.2 基于应力监测的裂纹萌生寿命预测46-49
• 4.2.1 疲劳萌生寿命预测理论46-48
• 4.2.2 疲劳萌生寿命预测流程48-49
• 4.3 试验验证分析49-55
• 4.3.1 编组9试验数据分析49-52
• 4.3.2 编组10试验数据分析52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 不同应力下的疲劳萌生寿命试验研究56-67
• 5.1 编组4试验数据分析56-59
• 5.2 编组5试验数据分析59-62
• 5.3 编组6试验数据分析62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 干涉量对试验件疲劳强度影响的仿真分析67-82
• 6.1 仿真分析原理67
• 6.2 仿真分析方法67-70
• 6.2.1 试验件模型68-69
• 6.2.2 仿真参数设置69-70
• 6.3 仿真计算结果分析70-80
• 6.3.1 孔径 9.4mm，，厚度 10mm的试验件仿真结果71-76
• 6.3.2 孔径 7.8mm，厚度 6mm的试验件仿真结果76-80
• 6.4 本章小结80-82
• 第七章 总结与展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵勇;甘学东;倪孟龙;;飞机结构抗疲劳强化技术应用思考[J];航空制造技术;2015年03期

2 张岐良;曹增强;甘学东;赵勇;;拉伸板中心孔干涉配合对载荷幅值的影响[J];航空学报;2014年06期

3 王雷;李玉龙;索涛;郭亚洲;;航空常用铝合金动态拉伸力学性能探究[J];航空材料学报;2013年04期

4 姜杰凤;董辉跃;柯映林;;高锁螺栓干涉连接中极限干涉量[J];机械工程学报;2013年03期

5 董彦民;刘文s

本文编号：696444