用超声波技术测量螺栓应力的应用研究

综述了超声技术测量拉紧状态下螺栓应力的基本原理，讨论了影响测量精度的螺栓形状系数和温度系数，简介了精密测量声速的一些技术方法和国内外较为先进的应力测量仪，并对一次性测量螺栓轴向应力的可行性进行了分析。该方法对航空、航天结构件的安装与固定、装配件的控制具有重大应用前景，对核电站、汽车、石化工业、机械结构中的重要螺栓连接结构的实测与监控同样具有广泛应用价值。     

机械装备螺栓连接状态测试技术研究现状

螺栓连接广泛存在于航空航天结构中,结构的连接状态直接关系到设备的安全性和功能性。航空飞行器在服役过程中面临着振动、冲击等多种极端环境,最终会导致栓接结合部出现松脱、滑移等现象,因此对结构的连接状态进行监测具有重要意义。主要综述了螺栓连接状态测试技术的研究现状及其测试原理。首先,对螺栓连接状态机理的研究现状进行了分析,主要内容包括结合面细微观机理和结构非线性动力学理论。然后,介绍了传统的螺栓连接状态直接测量技术,并分析了其测量精度不足和应用局限性等问题。最后,综述了各类基于响应信号的螺栓连接状态测试技术的原理,包括振动信号分析法、机电阻抗法、声弹性效应法、超声波能量法、光栅光纤传感器法,并分析了其优缺点和适用范围,指出了其发展方向。     

复合材料孔隙率超声衰减法检测技术研究进展及应用

介绍了近年来复合材料孔隙率超声检测研究现状和国内外采用超声衰减法测量孔隙率的理论模型、检测结果,并对各种模型进行对比和分析;论述了国内外各航空制造商的孔隙率超声衰减法检测的工程检测方法,对复合材料孔隙率超声衰减法检测技术的发展及应用提出了研究方向.     

盘鼓螺栓连接结构接触刚度建模与应用检验

针对航空发动机中盘鼓转子螺栓连接结构连接刚度精确建模与工程化应用问题,通过扇形盘鼓螺栓结构固有特性实验获得前6阶固有频率随螺栓预紧力变化关系,考虑螺栓接触面应力分布,基于双薄层单元法获得了扇形盘鼓螺栓连接结构各阶固有频率随薄层单元弹性模量变化规律.通过构建实验与仿真结果误差函数实现接触刚度的识别,并将接触刚度模型推广应...     

不同预紧力分散度条件下螺栓止口连接组件有限元分析

螺栓止口连接是航空发动机中常见的连接形式,在现有工艺技术条件下,螺栓预紧力往往存在较大分散性,加剧了航空发动机力学性能的波动。利用ANSYS Workbench有限元软件对不同预紧力分散度条件下的螺栓止口连接结合面Von Mises等效应力分布及组件刚度进行了仿真计算。按照工程经验设置了5组预紧力分散度值,并针对每组分散度随机生成一组对应的螺栓预紧力数值,实现对工程实际中预紧力分散度情况的模拟。然后分析了结合面的应力分布情况,通过对组件分别施加轴向载荷、径向载荷和扭转载荷,获得了组件轴向刚度、径向刚度、扭转刚度变化曲线,最终得到预紧力分散度对螺栓止口连接组件刚度的影响规律,为预紧力分散度的控制提供了理论参考依据。     

航空发动机可拆卸盘鼓型转子拉杆螺栓装配紧度辨识方法

针对沿轮盘周向分布的拉杆螺栓装配紧度是影响航空发动机可拆卸盘鼓型转子振动特性的一个重要因素,提出了一种拉杆螺栓装配紧度辨识方法.通过对可拆卸盘鼓型转子进行激振测试,提取提升小波包分解重构信号的相对能量特征,然后定义拉杆螺栓装配紧度熵将相对能量特征映射到拉杆螺栓装配紧度辨识空间.实验研究了拉杆螺栓由松到紧的3种状态,结果表明装配紧度熵具有单调一致性递减规律.实验测试了外场服役的某型航空发动机可拆卸盘鼓型转子拉杆螺栓的装配紧度状态,结果表明拉杆螺栓装配紧度发生退化,拉杆螺栓处于松动状态.      

飞机高锁螺栓孔边缺陷阵列远场涡流传感器仿真与试验

飞机高锁螺栓孔边隐藏缺陷的检测是航空无损检测领域中的难点,远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对飞机高锁螺栓紧固件孔边隐藏缺陷检测具有极大优势。针对飞机高锁螺栓紧固件孔边缺陷的检测,设计研发了放置式阵列远场涡流传感器,建立了高锁螺栓孔边隐藏缺陷检测三维模型,优化了检测线圈中心与高锁螺栓中心放置距离,研究了阵列相邻通道间磁场薄弱区缺陷信号衰减趋势,采用阵列放置式的检测方式研究了不同尺寸缺陷检测信号特征。仿真与试验结果表明：检测线圈中心与高锁螺栓中心距离11 mm时检测灵敏度最佳;相邻通道间磁场薄弱区检测信号存在一定程度上的衰减,优化后的探头可检测埋深为4 mm、长×宽×深为5 mm×0.2 mm×2 mm的紧固件孔边隐藏缺陷,且随缺陷长度增大检测信号幅值呈上升趋势。     

航空发动机螺栓连接载荷与结构参数对连接刚度影响规律

从航空发动机复杂螺栓连接结构的特殊性出发,根据不同连接形式的螺栓连接结构轴向应力分布,提出了航空发动机复杂螺栓连接结构的连接刚度理论表达式,并进一步研究了航空发动机螺栓连接载荷、结构参数对连接刚度的影响规律。研究结果表明:当螺栓个数n在4~30之间变化时,双层的无量纲连接刚度K在8.9~66.8之间线性的变化;当螺栓预紧力F_p较小时,无量纲连接刚度K随着螺栓预紧力F_p的增加缓慢增加,当预紧力F_p增加到27.5k N时,双层的无量纲连接刚度K为27,且趋于稳定;并且n,F_p对无量纲连接刚度K的影响还与锥形半角α有关。     

考虑螺栓联接的转子系统振动特性分析

针对航空发动机转子振动问题,开展了螺栓法兰联接结构对转子固有特性及不平衡响应的研究。基于有限单元法,结合转子有限元模型及螺栓法兰联接结构的力学模型,建立了考虑螺栓法兰联接的转子动力学模型。基于Newmark-β法求解转子不平衡响应及固有特性,并利用ANSYS仿真软件对结果进行了仿真验证,得到了联接结构刚度对转子固有特性的影响规律。研究结果表明:转子第1阶固有频率对螺栓法兰结构的轴向刚度变化较为敏感;第2阶固有频率对螺栓法兰结构的径向刚度变化较为敏感;第3阶固有频率则对螺栓法兰结构的2种刚度变化均较为敏感;并且转子处的联接刚度会对转子的不平衡响应有一定抑制作用。     

航空结构螺栓连接预紧力设计研究

分析了航空结构的螺栓连接受力并推导了螺栓载荷、螺栓刚度、被连接件刚度等计算公式,分析了螺栓载荷在结构加载过程中的变化规律,讨论了螺栓预紧力对连接结构疲劳寿命的影响,给出了螺栓预紧力的参考取值及其范围,可供结构强度工程设计人员参考使用。     

螺栓应力应变及疲劳寿命分析

采用有限元分析方法对轴向循环载荷条件下的螺栓进行了弹塑性的应力应变分析 ,运用多轴疲劳问题的判定准则建立了螺栓疲劳寿命预测模型 ,并对螺栓疲劳寿命的试验结果与计算值进行了对比分析     

TC4紧固件性能的试验研究

验证了航空飞行器结构中以滚压MJ螺纹的TC4螺栓替代常规M螺纹的30CrMnSiA螺栓的可行性。试验证明30CrMnSiA螺栓的拉伸性能略高于TC4螺栓,而TC4螺栓的拉伸疲劳性能优于30CrMnSiA螺栓。对破坏试件进行断口分析,确定螺栓断裂属于疲劳破坏。分析了螺栓制造工艺,发现TC4螺栓滚压工艺产生的残余应力和MJ的螺纹形状是影响螺栓疲劳性能的主要因素。     

轮盘超椭圆异型螺栓孔均衡优化设计

基于降低航空发动机轮盘孔结构孔边应力和装配的双重考虑,提出了1种超椭圆曲线轮盘螺栓孔均衡优化设计方法。在降低孔边应力的基础上,引入了异型度概念以表示孔轮廓形状变化幅度,针对孔边应力降低和异型度减小2个互相制约的优化目标,构建了1个均衡优化模型;结合Paret o最优解理论,采用多目标进化算法对轮盘超椭圆异型孔进行寻优,得到了超椭圆异型螺栓孔轮廓的最优解。结果表明:设计得到的超椭圆螺栓孔结构可以在保证可靠传力的同时,使孔边应力降低19%。与其他异型孔方案相比,该模型设计参数少,模型简洁,均衡优化所获得的超椭圆异型孔的设计稳健性较好。     

大直径高干涉螺栓安装应用研究

针对某型机研制中大直径、高干涉螺栓在厚夹层结构中的安装问题,对不同安装方法进行了分析研究,提出采用应力波安装新方法。采用应力波对直径8mm、10mm、12mm的干涉螺栓进行了安装,分析了安装质量。研究结果表明采用应力波安装方法可以满足高干涉螺栓的安装技术要求。     

双剪多排螺栓连接螺栓孔接触域应力分布研究

基于接触问题的研究方法。利用由MSC．Patraan/Nastran软件建立的多排双剪螺栓连接有限元模型,对螺栓～孔接触域上的应力分布进行了研究。研究过程中主要考虑在不同的间隙和接触面粗糙度下,各排螺栓的应力分布变化规律。研究发现间隙和粗糙度对孔受压面上的应力影响较大,但不能破坏各排螺栓孔应力分布规律的相似性。在建模过程中,将螺栓定义为可变性接触体,考虑了螺栓与铝板之间的接触摩擦以及相互间弹性变彤．比以往的刚性体螺栓具有曼高的准确性和可靠性．     

超声干涉法薄层厚度测量声阻抗匹配判据及其应用

针对超声干涉法测量薄层厚度的原理,讨论了薄层及与其相邻介质声阻抗匹配分别满足界面声压反射系数|R1|＜1/2或|R1|＞1/2时回波信号的选取原则,并以薄层声压反射系数谱为依据,分析了上述两种声阻抗匹配条件下谱线分别出现次生极大或极小值的规律,在此基础上提出了薄层厚度测量时谱线极值的选择方法.以航空雷达罩蒙皮GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)层板外表面复合涂层以及钢基体表面ZrO2陶瓷涂层样品为例进行了薄层厚度测量实验研究及信号分析.研究表明,超声干涉法薄层厚度实验结果与SEM(Scanning Electron Microscope)测量结果相符.由此可知,薄层及与其相邻介质声阻抗匹配判据对于超声干涉法薄层厚度测量具有很强的理论指导意义及工程应用价值.     

40CrNiMoA合金底座螺栓断裂分析

本文通过对高强度螺栓性能要求的论述,分析了40CrNiMoA高强度合金结构钢螺栓断裂现象,阐述了40CrNiMoA钢的性能、特点和热处理机理,强调了金属材料的成分、组织结构及力学性能是影响金属材料获得优良综合机械性能的根本因素,同时对底座螺栓提出了相应的解决措施,为优化结构设计提供重要的参考依据。     

钛合金六角头螺栓头部成形过程的有限元分析

航空用螺栓的头部多样、形状复杂,通常情况下利用镦锻工艺成形。研究采用塑性成形仿真软件,针对Ti-6Al-4V六角头螺栓的头部成形过程进行了有限元模拟,对成形各阶段的应力、应变、温度变化以及材料流动情况进行了分析,同时对成形过程中的缺陷进行了预测,为工艺设计和改进提供了依据。     

考虑流体介质影响的管路模态特性分析

针对航空发动机外部管路的动力学设计需求及湿模态特性求解问题。应用铁摩辛柯梁理论和能量法推导得到流体质量、压强、流速等综合影响下的管路湿模态振动方程，并基于软件ANSYS现有管单元，通过引入自定义附加刚度和阻尼单元建立了流体压强和流速影响项的等效方法，实现了考虑流体因素影响的管路模态特性计算。结果表明:流体压强引起的横向压力差会降低管路弯曲刚度，而压强引起的轴向张力会提高弯曲刚度，压强作用效果与管支点的轴向约束程度和管材泊松比有关。流体速度对管路湿模态影响与边界条件、振型和管路轴向伸长有关，在高流速时，模态频率可能为零，即出现屈曲失稳现象。      

航空发动机联接结构振动特性研究进展

概述了航空发动机不同联接结构的研究情况,重点针对螺栓联接结构动力学建模(包括对方形联接件和法兰结构的动力学建模)、刚度计算方法、接触非线性、应力应变机械特性和试验研究情况,以及螺栓联接结构在转子系统中的应用展开详细论述,分析了螺栓联接结构对旋转状态和动力学响应的影响,并对多螺栓装配体结构装配性能研究进行论述。提出应建立完备的螺栓联接动力学特性研究理论,开展螺栓联接结构与其相应的装配体整体结构、螺栓联接动刚度和螺栓联接装配对结构动力学特性影响的深入研究。