壁板铆接变形分析及铆接顺序规划研究

壁板是构成飞机气动外形的重要组件,提高其外形装配精度对保证飞机的飞行性能至关重要。传统的研究主要集中在铆钉及孔周围的变形,而对壁板铆接整体变形的研究较少涉及。以壁板自动钻铆为对象,以单钉铆接变形分析为元模型,提出了壁板铆接"局部-整体"变形快速求解方法。钉孔周围采用体单元,壁板其余部分采用壳单元,利用"体-壳"连接建模方法,构建了"局部-整体"映射加载模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形的快速计算;以铆接变形最大值最小为目标,采用遗传算法进行铆接顺序优化,实现了对壁板铆接变形的有效控制。     

电磁铆接技术的发展、设备研制及应用探讨

电磁铆接能形成较均匀干涉配合连接,可以有效地施铆钛、不锈钢等强度高、屈强比高、对应变率敏感的难成形材料铆钉,形成良好的连接。对于大直径铆钉或厚夹层结构,应用电磁铆接也可以实现良好的干涉配合铆接。结合自动化,电磁铆接还可以用于现代飞机金属和复合材料结构的镦铆型环槽钉的自动化安装。     

铆模倾角对铆接质量的影响研究

 电磁铆接(EMR)作为一种新的铆接工艺方法,可以使铆钉在铆模型腔内一次完成镦头成形。为了研究铆模构型对EMR质量的影响,通过数值模拟和试验对不同倾角铆模铆接的铆钉镦头、干涉量和残余压应力进行了研究分析。设计疲劳试验对不同倾角铆模铆接的试件进行验证和分析。研究结果表明:铆模倾角对干涉量有较大影响,倾角越小,干涉量越大;采用66°铆模倾角可以实现较理想的干涉配合,接头疲劳寿命最长。     

铆钉成形技术研究及性能评价

针对电磁铆接和普通铆接镦头变形差异,建立铆钉成形过程的数学模型,并通过试验验证了有限元模型的合理性,得出了不同铆接工艺铆钉的变形规律;设计了铆钉拉脱试验方法,验证了电磁铆接在成形质量和轴向抗拉强度方面均高于普通铆接,得出了电磁铆接工艺性能优于普通铆接的结论。     

壁板自动钻铆行为及变形分析技术综述

国外航空企业已经大量配备了自动钻铆系统,并广泛应用于飞机装配过程中。国内部分企业虽已经购买了自动钻铆设备,但是在应用过程中正在探索自动钻铆工艺参数优化、铆接过程微小变形控制等问题。本文从自动钻铆的工艺流程出发,分别从理论分析、有限元分析和试验分析3个角度,总结了自动钻铆过程中铆钉和薄壁件的应力应变分析方法,并对各种方法的优劣性进行了分析,最后以复合材料结构件铆接为背景,提出针对复合材料干涉铆接需要解决的关键问题。     

会议消息

▲部于1986年11月25日～27日在西安召开了《应力波铆接装置与工艺研究》成果鉴定会。参加会议的有部紧固件标准化技术委员会委员和部有关单位的代表,共23人。 会上代表们观看了应力波铆接的加工情况,并对应力波成形方法和装置进行了鉴定。鉴定认为:应力波铆接的干涉量较其它铆接工艺更均匀;对厚夹层、大直径铆钉、钛铆钉等难于成铆的部位和铆钉均能较好地完成,为改善连接件原始疲劳性能提供了新的手段;基本具备付诸实用的条件。     

大型壁板数控钻铆的三点快速调平算法

 针对传统机翼壁板铆接过程中托架调平所存在的问题，提出一种基于有限曲面加工区域的三点调平算法。利用机翼表面上待钻铆点附近三点的坐标来表征该铆接区域的空间姿态，通过钻铆系统的几何结构模型所确定的坐标变化矩阵，逆解出调平所需的各运动副位移增量。在钻铆系统结构模型和机翼曲面方程的基础上建立三点选取的优化模型，并利用外点罚函数法确定其优化解。西安飞机工业(集团)责任有限公司ARJ21新支线飞机的机翼壁板试验件数控钻铆结果表明，该算法能够实现较高的加工精度和调平效率。     

复合材料斜面压铆和锤铆铆接质量对比分析

通过试验对复合材料斜面机器压铆和手工锤铆两种铆接方法的质量进行评估。评估内容主要包括铆钉的外观质量、复材铆接件的外观质量、无损检测和力学性能测试4个部分。结果表明:压铆的铆钉比复材铆接件的外观质量更好,受人为因素影响小;在无损检测后,压铆后的复材铆接件没有出现分层现象;在力学性能测试部分,压铆的铆接强度优于锤铆的铆接强度。可见在复合材料铆钉中压铆更具有实用性和适用性。     

机器人航空铆接的视觉定位方法研究

研究工业机器人自动铆接视觉辅助定位方法,通过多项式拟合十字线结构光的相平面曲线获得铆接孔附近壁板的三维信息,并利用图像中位置关系信息,运用插值法完成铆接孔的位置和姿态的理论计算。这种方法能够引导机器人末端在规划路径下实现铆接孔位置与姿态的修正,满足常规铆钉通用应用范围内的工业机器人自动铆接在线定位与施铆的精度与实时性要求。     

基于电磁发射技术的新型电磁铆接设备与工艺研究

针对手工和自动化电磁铆接应用,将电磁发射的机理引入电磁铆接领域,通过该技术在电磁铆接设备的具体实现,研制了电磁铆接设备。所研制铆接设备可使铆枪的金属冲头在磁场中持续加速,获得最大的动能后撞击到铆模上,实现铆接。铆接同样规格的铆钉和安装螺栓需要的电容储能大幅度减少,因此放电时通过线圈的电流也大幅减小。可以大幅提高能量利用率,电源和铆枪体积小、重量轻、发热小、易于操作、更安全,便于实现自动化铆接。     

飞机薄壁件铆接过程变形分析与数值模拟

铆接是飞机薄壁件装配中应用最广泛的连接方式,有效分析和预测铆接变形对提高飞机铆接结构的性能、疲劳和损伤至关重要。针对铆接变形进行理论分析和数值模拟,并研究了被连接件接合面的应力应变分布。首先建立有限元模型,根据铆接力与镦头尺寸之间的关系验证模型有效性;其次根据铆钉变形特点和材料塑性流动,将铆接过程变形划分为6个阶段;最后分析了不同铆接力作用下钉孔的扩张变形,以及对被连接件接合面应力应变场分布的影响。结果表明,随着铆接力的增大,钉孔变形量增大,且变形量沿被连接件厚度方向极不均匀;同时接合面处于压缩应力状态的范围扩大,铆接结构的抗疲劳性能提高,但铆接力的影响范围有限。     

自激励式电磁铆接放电电流分析

电磁铆接是一种将电磁能转化为机械能的铆接工艺。传统感应式低电压电磁铆接存在能量利用率低、难以解决高强度大直径铆钉和难成形材料铆钉的铆接等问题。基于自激励式电磁铆接技术,建立放电电流分析模型,通过数值分析与工艺试验探讨自激励式电磁铆接进行大直径铆钉成形的可行性。研究结果表明建立的电磁铆接放电电流分析模型可实现传统感应式和自激励式电磁铆接放电电流分析,分析结果与试验吻合较好;放电能量相同时,自激励式电磁铆接的涡流斥力峰值要远大于感应式的涡流斥力,能有效提高能量利用率,是实现大直径铆钉成形的有效方式;在放电电压为320V时,自激励式电磁铆接可实现直径为10mm的45号钢铆钉的成形,其变形以绝热剪切的方式进行。     

小闭合高度成组压铆模用于“КП-602”压铆机

“КП-602”龙门式双曲度压铆机是用来铆接具有直铆缝、双曲、单曲或平板铆接组件的自动成组铆接机。某机中部、后部壁板多是小长桁与薄蒙皮结构件,不仅刚性差,铆接也较困难。因为小截面长桁迫使铆具的边心距要小,否则铆具不能接近铆接部位,如果勉强用大边心距的铆具施铆,铆接力又不通过铆钉杆中心,致使铆接质量低劣,甚至打伤蒙皮产生凹陷。若用通用的“КП-602”压铆模进行铆接,由于长桁的闭合高度小,模具的闭合高度大,结果压铆具靠     

铆接变形及其有限元分析

采用理论分析和数值分析相结合的方式,系统地分析了压铆过程应力应变情况;将压铆过程划分为5个阶段,分析每个阶段的金属流动和受力情况;借助于ANSYS/LS-DYNA模拟压铆过程,得到铆钉和铆接件的应力应变分布情况和变化规律.     

基于镦头不均匀变形的压铆力建模

压铆力是影响铆接质量的重要参数,其数值的确定主要依赖于经验或简化的理论模型,且不考虑镦头鼓形部分的影响,因而误差较大。依据铆钉材料在压铆过程中的流动趋势,将压铆过程划分为4个阶段,并确定了最大压铆力出现的位置。基于厚壁筒受压进入塑性状态的极限应力分析,建立了镦头不均匀变形的压铆力计算模型,结合体积不变假设得到了镦头圆环部分尺寸,用于压铆力的求解。最后以直径4 mm和5 mm的平锥头铆钉压铆为例,利用ABAQUS软件和G86型钻铆机分别进行数值模拟与压铆实验,对相同压铆力作用下的镦头尺寸进行对比。结果表明,模拟和实验得到的镦头尺寸与理论相比,差别均小于5%,表明该压铆力计算模型具有有效性。     

机身壁板有头铆钉自动钻铆干涉量研究

通过对飞机机身壁板典型结构的分析,开展有头铆钉自动钻铆干涉量工艺试验,按试验规划设计制作工艺试验件,参考实际生产流程进行制孔、铆接、分解、测量、计算等,得出干涉量数据.分析整理试验数据,从中找出针对机身壁板典型结构的干涉量形成规律.     

基于Python的ABAQUS二次开发在飞机蒙皮锤铆中的应用

在飞机蒙皮锤铆中,铆钉的变形需要几十次冲击才能实现,锤铆活塞初速度载荷加载循环问题为分析过程带来了困难。提出利用ABAQUS中Python极强的扩展性,通过二次开发得到连续锤铆过程自动分析的软件方法。通过对初速度、分析时间、冲击次数等输入参数的调整,自动完成锤铆仿真分析,使铆钉达到变形要求。与手动单次迭代方法比较,所提出的软件方法及相应仿真程序在保证镦头成型要求情况下极大地提高了锤铆仿真分析的效率,为后续研究工艺参数优化与铆接质量评价等问题带来指导与便利。与锤铆工艺试验的对比分析,验证了仿真结果的正确性。     

基于仿真分析的压铆力预测模型

铆接是飞机结构机械连接的主要方式,压铆力作为影响铆接质量的重要因素,传统的计算方法通常是建立在体积不变的假设之上,且不考虑钉杆材料被压入钉孔部分的体积,导致模型误差较大。为此,依据仿真分析结果和铆钉材料的流动趋势,引入体积缩减系数来描述钉杆被压入钉孔部分的体积,建立压铆力预测模型,并与已有的试验数据进行对比,结果表明计算值与试验值的一致性较好,该模型可以用来预测铆接过程中压铆力的大小。     

钛合金铆钉热铆一次合格率提升方法研究

针对现有钛合金铆钉热铆存在的镦头成型不足、镦头表面灼伤、钉头现灰黄色氧化层等问题,分析得出其主要原因是铆接加热时间未精确控制和铆接过程带电,提出了一种钛合金铆钉热铆系统优化方法,基于PLC实现加热时间参数化控制和铆接自动断电功能,通过铆钉加热试验获得多组铆钉温度和对应加热时间数据,采用牛顿插值法得到铆钉加热至目标温度时所需加热时间,形成一套针对不同长度和直径铆钉的热铆工艺参数,最后通过热铆试验确定钛合金铆钉热铆一次合格率获得大幅提升。     

基于DEFORM-3D的自封铆接工艺研究

铆接工艺参数对自封铆接干涉量产生重要影响。采用有限元仿真软件DEFORM-3D,以2117-T4材料、直径4mm的半圆头自封铆钉及2024-T3材料的铝板为研究对象,分析自封铆接的3个主要工艺参数钉孔直径、顶铁形状及压铆力对铆接质量的影响。仿真结果表明,钉孔直径范围在4.01~4.02mm,采用凹槽顶铁及较大的压铆力会增加铆接干涉量,提高铆接件的密封性能。