紧固件P-δ曲线的试验与研究

一 引言 为计算结构连接件的疲劳寿命,无论是采用应力严重系数法还是应力应变法,都须对重要连接部位进行有限元细节分析,故应提供紧固件刚度方阵的刚度系数或柔度系数。目前获得该系数的途径有两个:一是采用某些经验公式;二是通过试验测定不同类型紧固件的载荷变形关系曲线(即P—δ曲线)。但用经验公式计算的紧固件的刚度是一个常量,它不随载荷变化,代表的是紧固     

复合材料层合板多钉连接的紧固件连接柔度

复合材料层合板多钉连接结构中螺栓紧固件连接柔度随钉排数增加而变化。为了阐明多钉连接紧固件连接柔度与单钉连接紧固件连接柔度的差异并建立多钉连接紧固件连接柔度的计算方法,进行了ZT7H/5429复合材料层合板螺栓连接结构拉伸试验和紧固件连接柔度解析求解;研究了旁路载荷对紧固件连接柔度的影响规律并提出了旁路载荷伴随下紧固件连接柔度的计算公式;针对紧固件连接柔度取值与分析模型的相关性,构建了描述钉间层合板柔度偏差的模型适应函数并提出了面向分析模型的紧固件连接柔度修正公式;对1列5钉连接结构进行了钉载计算。结论表明：采用所建立的修正公式对紧固件连接柔度修正后,使得梁-壳有限元模型的钉钉载最大计算误差由16%减小至3%,钉载峰值的计算误差由11%减小至2%,实现了准确且快速的钉载计算,尤其适合大规模复合材料层合板结构钉群连接区的工程应用。     

典型连接结构中紧固件柔度系数的计算方法探讨

运用有限元方法对单剪双铆钉结构的紧固件柔度系数进行计算,并与近似理论公式、工程经验公式的计算结果以及试验结果进行对比,得出有限元计算方法的准确性和可行性。结合有限元计算结果,对Grumman公式进行重新拟合修正,得到了新的紧固件柔度系数计算方法,针对单剪双铆钉结构该方法比近似理论公式及其它工程经验公式更接近试验结果。     

基于有限元法的复杂连接件结构疲劳特性的确定

紧固连接是飞机中重要的结构连接形式，对于含大量紧固件的复杂连接或单、双剪混合连接结构，使用解析法准确地计算其内力分布非常困难。结合工程实例介绍一种基于有限元法的复杂连接结构疲劳特性的确定方法，通过有限元分析确定结构中的内力分布与钉传载荷，使用工程疲劳分析方法确定结构细节处的疲劳特征值DFR和可靠性寿命。     

飞机结构多钉连接有限元计算与分析

多钉连接是飞机零部件的常用连接方式,而飞机结构的破坏也多源于这些连接细节,确定各紧固件所传递载荷是连接件强度校核的关键。基于MSC．NASTRAN有限元分析软件,用四种简化模型计算分析单搭接多排钉连接结构的钉载分配,并对其进行对比研究。结果表明：采用cBAR／RBAR／cBusH组合单元模拟紧固件可准确计算钉载,适于飞机结构连接强度分析;与紧固件组钉载分配工程估算方法相比,采用该组合单元有限元方法可有效提高计算精度。     

基于紧固件载荷变形曲线的结构有限元分析

讨论了紧固件载荷变形曲线数值分析方法,提出了基于紧固件载荷变形曲线有限元建模方法。利用三层搭接板试验结果,验证了基于紧固件载荷变形曲线的有限元建模方法有效性,并同工程中传统紧固件建模方法进行了对比研究。结果表明,采用紧固件载荷变形曲线的模型化方法更能模拟紧固件真实刚度,得的计算结果接近于试验实测结果。提出的模型化方法可为工程结构总体有限元分析或细节有限元分析中紧固件模型化提供参考。     

飞机普通框疲劳寿命的三维有限元分析

基于维非线性有限元数值分析,对飞机普通框进行疲劳寿命分析.首先简述了数值分析的数学模型,最后得到普通框的应力数值解,明确了疲劳寿命情况.并将有限元计算的DFR结果与常规方法计算的DFR结果进行对比,探讨有限元方法分析飞机普通框疲劳寿命的可靠性.     

基于有限元全耦合方法的耳片疲劳损伤力学分析

精确分析和预测连接耳片结构的疲劳寿命对保证飞机安全具有重要意义。采用损伤力学—有限元全耦合方法对飞机上典型连接耳片结构进行分析,得到该结构的疲劳损伤演化过程和疲劳寿命;将分析结果与疲劳寿命工程估算方法——名义应力法进行比较,证明损伤力学—有限元全耦合方法应用于结构寿命预测的可行性,并将损伤力学—有限元全耦合方法与线性Miner准则、损伤全解耦方法进行对比分析。结果表明：损伤力学有限元全耦合方法,其计算结果是唯一的、确定的,比运用线性Miner准则和损伤全解耦方法所得的结果更准确,弥补了名义应力法的不足。     

基于损伤权重的混合多钉连接件疲劳寿命预测方法

复合材料与金属材料混合多钉连接形式是当代飞机结构中最常见的连接形式,因此对于混合多钉连接件疲劳性能的研究有助于提高对飞机结构疲劳损伤的认知。针对以Ti-6Al-4V钛合金为螺栓的ZT7H/QY9611碳纤维增强树脂基复合材料连接板与30CrMnSiNi2A金属连接板混合多钉连接结构进行数值分析和试验研究。利用有限元方法,分别对复合材料和紧固件进行疲劳损伤预测,估算复合材料连接板上螺栓孔附近的损伤,依据复合材料和紧固件的损伤量所占权重,提出了以紧固件分布和复合材料连接板铺层层数为参数的经验公式,进而有效提高混合多钉连接结构疲劳寿命的预测精度。利用试验结果将螺栓孔损伤形式进行分类讨论,探索混合多钉连接件的损伤演化方式;利用C扫描技术得到复合材料分层损伤结果,与模拟结果进行对比分析,进一步解释了模型的合理性。与试验结果对比可以看到,考虑损伤权重的寿命预测值与试验值的对数误差仅为1.1%,相对于不考虑损伤权重方法的8.4%的对数误差,该模型寿命预测精度显著提高。     

金属和复合材料紧固件连接柔度解析计算研究

针对现代大型客机结构典型的紧固件连接形式,利用解析算法计算金属与复合材料单钉单剪搭接和单钉双剪搭接连接件的载荷-变形特性(P—δ曲线)和单钉连接柔度,并与试验结果对比,验证解析算法的可行性,作为多钉连接件钉载分配、细节应力分析和飞机结构强度计算的基础。     

复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析

按照连接设计准则及机身压差载荷水平,开展了复合材料机身壁板的纵向连接设计研究。为提高壁板多钉连接结构分析精度及设计效率,发展了一种基于Fastener单元的钉群载荷计算方法,在此基础上结合单钉失效分析模型,提出了一种壁板多钉连接区的失效评估方法。首先,通过与试验数据对比,验证了采用Fastener单元求解钉群载荷的可行性;然后运用Fastener单元分析壁板连接结构的钉载分配;最后基于钉载分析结果,对局部危险区域采用单钉模型进行失效载荷计算并进而评估壁板连接区的失效载荷。本方法特别适用于快速、有效地校核多钉连接区的连接强度。     

复合材料层板钉群连接载荷分配计算方法研究

采用有限元方法对复合材料层板钉群机械连接载荷分配进行了研究,考虑钉弹性与层板厚度的影响,文中针对两种计算钉群载荷分配的工程化计算模型进行了对比分析,指出本文所采用模型的合理性,并以单排三钉为例通过计算结果与试验结果对比,证明本文所提出的计算模型有效,且计算精度高,使用方便.本文研究了搭接形式以及钉间距对钉载荷分配的影响,并对航空结构中常见的几种规则与非规则排列钉群连接载荷分配进行了分析计算与研究,得出的结论为复合材料层板多钉连接设计提供了有用的工程参考价值.     

紧固件柔度系数研究

在飞行器结构中普遍采用紧固件进行结构连接,紧固件的柔度系数是分析紧固件连接细节部位疲劳强度的重要参数.通常,确定紧固件柔度系数的方法多基于试验,但是这需要做大量的试验,耗费巨大.因此希望通过理论方法对紧固件柔度系数进行研究,获得新的计算紧固件柔度系数的方法,以达到减少试验和节省时间的目的.运用材料力学和弹性理论知识,推...     

金属和复合材料多钉连接钉载分配研究

本文针对金属一复合材料多钉连接件的载荷分布进行试验研究和数值分析.首先,通过应变电测法测量了一列三螺栓双剪连接件的钉载分配比例,揭示出该比例随载荷变化的现象和特征.然后,建立了考虑多面接触的三维实体有限元模型,在计算分析中考察钉一孔间隙分布、预紧力和摩擦对钉载分配的影响规律.计算结果表明:初始间隙是影响钉载分配比例的最...     

刚度比对复合材料多钉连接钉载分配影响研究

通过试验和有限元分析研究被连接元件的相对刚度对多钉双剪连接钉载分配的影响。对2种厚度层压板各研究了4种刚度比情况,对每种情况都用3种有限元模型进行了钉载分配的计算,计算结果与试验结果符合较好。得出的结论可以用于复合材料结构的设计。     

基于损伤力学的干涉配合连接结构寿命预测方法

铆接连接件疲劳破坏常出现在铆钉孔周,现阶段常采用干涉配合提高铆接连接件疲劳寿命。以干涉配合铆接连接件为研究对象,采用连续介质损伤力学方法,研究其在循环载荷作用下疲劳破坏特性。通过APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,建立了结构疲劳裂纹萌生寿命的损伤力学——有限元法,可以预估干涉配合铆接连接件的疲劳寿命。计算了典型铆接件的疲劳寿命,并与SWT临界平面法预估的疲劳寿命进行对比,验证损伤力学——有限元法的准确性。     

考虑分层损伤的复合材料螺栓连接强度预测与损伤分析

针对传统复合材料损伤分析方法未考虑界面层的损伤问题,基于三维累积损伤分析方法和内聚力模型方法,建立一套能够综合考虑面内损伤和层间损伤的复合材料螺栓连接数值分析模型。通过对两种典型复合材料单钉接头进行强度分析,表明该计算方法比传统有限元方法具有更高的精度。基于该模型,对接头层合板的分层扩展以及拧紧力矩对接头强度和分层扩展的影响进行研究。结果表明:分层扩展方向和层合板断裂方向是一致的;拧紧力矩对连接强度有明显提高作用,并且对孔边分层扩展有抑制作用。     

复合材料单钉接头的损伤累积模拟

给出一复合材料接头损伤累积模型,包括分类损伤判据、损伤区刚度衰减和总体破坏判据;将该模型结合有限元法模拟单钉接头的损伤破坏过程,包括损伤起始、类型、累积及应力重分布的确定以及接头强度的预测;研究了３种铺层的碳／环氧复合材料单钉接头的损伤累积并与现有结果做了比较。     

含多裂纹连接结构损伤容限试验研究

 针对机翼典型对接结构,进行了平板空孔试样和螺栓搭接件在等幅谱及飞－续－飞谱下的多裂纹损伤容限试验,通过该试验开展多裂纹开裂模式及多裂纹扩展规律的试验研究,为多裂纹断裂力学理论分析、多裂纹结构剩余强度准则提供试验依据。