An alternative numerical approach for full scale characterisation for riveted joint design

This paper describes a pure numerical methodology (FE database) to improve the representativeness of joint equivalent models for airframe crashworthiness. This method is based on material constitutive models and failure criterion in accurate 3D FE simulations. The interest of FE simulations is to define the dynamic strength of many types of riveted joints with a reduced cost compared to a pure experimental way. The FE database method is carried out on elementary riveted joints to predict and to analyse: first the post-riveting initial strain and stress state, and second several kinds of joint failure (e.g., crack propagation, rivet shearing or pull-out). The aim of the first step is to start the mechanical strength simulations with a correct deformed shape and post-riveting state. The responses of 3D riveted joint simulations can then be considered as reference and be used to optimise the mechanical properties of equivalent joint elements. A new equivalent joint element is developed to improve the representativeness of an airframe crash simulation.     

1420 铝锂合金同种异种自冲铆单搭接头力学性能

为探究1420铝锂合金自冲铆接头的力学性能,本文采用自冲铆连接设备对1420铝锂合金(AL1420)同种及其与铜合金(H62)异种板材组合进行铆接,并通过拉伸-剪切试验测试接头的力学性能,运用SPSS数据分析软件对接头的最大载荷和最大位移量进行分析。结果表明:AL1420-AL1420和AL1420-H62两种接头的失效形式皆为铆钉从下板拉脱,铆钉头与上板接触区域出现不同程度撕裂;H62-AL1420接头除铆钉从下板拉脱,铆钉头与下板接触区域仅出现凹陷。AL1420-AL1420接头最大载荷最高(6 026.8 N),能量吸收性能最好(16.84 J)。对于异种板材组合,H62-AL1420接头的最大载荷(5 304.0 N)大于AL1420-H62接头(5 229.3 N),AL1420-H62接头的能量吸收值(16.79 J)大于H62-AL1420接头(15.08 J),异种板材铆接时则优先采用能量吸收性能较好的AL1420-H62搭接形式。     

含多处损伤搭接结构应力强度因子有限元分析

 采用铆钉的两种表现形式（详细杆元和简化的弹簧元）的组合方式建立了含多处损伤(MSD)多铆钉搭接结构的有限元模型，通过分析得到了不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化规律的曲线。结果表明，相对于单裂纹和无腐蚀情况，MSD和腐蚀损伤都会增加SIF值，当裂纹间距大于孔间距一半时，可不考虑裂纹间干涉效应；在给定的循环应力幅下，应力强度因子幅随干涉量的增加而降低，但干涉量大到一定值时，SIF对其不再敏感；铆钉材料对SIF的影响很小，而铆钉直径增大20%，SIF约增加6%。反平面翘曲对SIF有很大的影响，相对于无反平面翘曲，SIF下降一个数量级。     

铆接加劲钣复合型断裂应力分析的解析方法

一、引言 铆接桁条加劲钣是飞机结构中的典型构件,对其断裂特性的研究,已做了大量的工作。但都仅限于纯Ⅰ型问题。由于飞机结构通常承受复合型载荷,所以研究加劲钣的复合型断裂特性更为重要。在应力分析的方法中,解析法相对数值方法有计算简单、精确、数据工作量小、计算机时少等优点。为此,我们导出了含斜裂纹的铆接桁条加劲钣,在单轴拉伸作用下的应力场及应力强度因子等参数的解析计算公式,为该类结构的强度分析提供了一种精确、简单的计算方法。     

某型飞机弹箱滑轨支撑件裂纹分析

某型飞机在铆接弹箱滑轨支撑件时，先后发现两零件在零件弯边处存在裂纹。通过进行断口、化学、机械性能、金相组织方面的分析，得出裂纹产生的原因是材料本身固有的冷变形性能差、零件表面粗糙、铆接工艺设计及铆接操作等因素，研究表明，为获得较高的铆接质量，应对现有铆接工艺及操作进行适当改进，从而产生避免裂纹。     

铆接加筋板应力强度因子计算中几个问题的研究

给出了采用J积分法计算加筋板应力强度因子时选择积分回路的方法;同时给出了采用刚度导数法计算加筋板应力强度因子时刚度导数的计算方法;另外,还对模拟铆钉连接作用的3种方法进行了初步研究。     

航空铆钉连接件的抗冲击性能

以分离式Hopkinson拉杆装置为基础，设计了特殊的铆接试验件，对MS20615铆钉的铆接结构开展了动态加载下不同加载角度、不同加载速率的力学性能试验。结合其准静态试验结果，获得了铆接结构在纯剪切、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯拉伸试验下的力学性能参数。试验结果表明，加载角度、加载速率对铆接结构的失效载荷与失效模式有显著的影响。在试验结果的基础上，使用有限元软件LS-Dyna建立了铆接结构的简化模型，对比了试验和数值模拟得到的铆接结构载荷-位移曲线，并对简化数值模型进行了网格相关性分析，验证了简化的铆钉单元模型的可行性。     

钛合金异种材料单搭自冲铆接头力学性能

为研究钛合金异种材料单搭自冲铆接头的力学性能,本文使用接头剖面直观检测法分析了四种铆接接头的成形质量,先后对铜-钛合金接头(H62-TA1接头)和钛-铝合金接头(TA1-AA5052接头)进行准静态力学性能测试,得到了两种接头的载荷-位移曲线。采用狄克逊准则剔除异常值,并通过变差系数法验证了试验数据的可靠性。研究结果表明:H62-TA1接头质量优于TA1-H62接头,TA1-AA5052接头质量优于AA5052-TA1接头;H62-TA1接头强度(5 177.8 N)高于TA1-AA5052接头(4 296.9 N),H62-TA1接头能量吸收值(21.9 J)大于TA1-AA5052接头(10.2 J);H62-TA1接头失效模式为铆钉拉出失效,TA1-AA5052接头失效模式为下板拉断失效。     

楔形复合材料结构电磁铆接工艺

 针对某型机鸭翼、副翼装配中楔形复合材料结构铆接存在的安装损伤问题,分析了损伤产生的原因,提出采用电磁铆接方法进行铆接。研究了复合材料结构的电磁铆接工艺,通过试验得到了锪窝深度、钉孔间隙、铆钉外伸量等电磁铆接工艺参数,并提出采用斜面铆模铆接楔形复合材料结构。为分析铆接质量,对不同铆接方法的钉杆膨胀情况进行了比较,并采用C扫描对不同铆接方法铆接的接头进行了损伤检测。结果表明：采用电磁铆接工艺能够提高复合材料结构的铆接质量,斜面铆模可以减小安装损伤,能够解决普通铆接方法铆接复合材料结构时存在的问题。     

LY12CZ铝合金铆接件微动损伤防护技术研究

 本文详细地分析了LY_(12)CZ铝合金铆接件微动损伤的微观特征以及各种搭接表面处理方法对疲劳强度的影响。试验结果表明:对搭接表面采用恰当的处理方法,铆接件的疲劳寿命一般均有不同程度的提高,其中,胶铆结构的采用是防止铆接件产生微动损伤的有效措施。当轴向交变应力σ_(max)=125MPa以下时,胶铆试件的疲劳寿命比干涉铆接的疲劳寿命提高60％以上。     

含裂纹铆接加筋板应力强度因子的计算

本文提出了选择复连通域边界(多环路)计算J积分的一种新方法,成功地解决了单连通域内有铆接点时计算J积分的问题。文中还提出了一种“虚设铆钉法”,采用这种方法,可利用同一网格有限元模型计算不同裂纹长度下裂纹尖端的应力强度因子,这大大简化了模型准备工作并减少了计算结构总刚度矩阵的工作量。本文采用刚度导数法、J积分法及能量释放率法,计算了含裂纹铆接加筋板的应力强度因子,通过计算结果对比,对各种方法作了粗浅的评价。     

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。     

飞机铆接件隐藏缺陷的远场涡流检测探头优化与试验

远场涡流检测技术因检测深度深和检测结果可靠性高等诸多优点适合飞机多层金属铆接构件的快速检测。针对飞机铆接件铆钉孔沿边隐藏裂纹的原位检测，建立了多层金属铆接构件隐藏缺陷平面远场涡流检测有限元模型，对激励线圈内径、磁路结构以及屏蔽阻尼进行了仿真优化，研制了激励线圈和检测线圈均带组合屏蔽结构的传感器，采用激励-检测线圈环绕铆钉旋转扫描的方式，研究多层金属铆接构件铆钉孔沿边隐藏裂纹信号特征。仿真与试验结果表明：罐形磁芯聚磁效果是柱形磁芯的1.85倍，采用铝+铜组合屏蔽罩能够将远场区提前10 mm，检测线圈位于缺陷正上方时，检测信号的幅值和相位存在极大值，且极大值随着缺陷埋深的增加逐渐下降，研究成果可望用于指导飞机多层金属铆接构件的工程检测实践。     

含多裂纹对接板应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子（SIF）分析是含多部位损伤（MSD）结构的裂纹扩展分析及寿命预测的基础,对于连接结构采用简化模型难以考虑次弯曲、铆钉变形等因素影响。本文建立了含MSD对接板的三维有限元模型,研究了不同损伤模式、设计构型和约束条件下的裂纹尖端SIF分布特性以及随裂纹长度的变化规律。结果表明,孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计;由于次弯曲效应,SIF从外表面到内表面近似呈线性关系逐渐增加;MSD裂纹之间存在较强的干涉作用,且裂纹间距离越短数量越多,干涉作用越强;SIF随拼接板厚度增加呈先增加后降低的趋势,原因是拼接板刚度和铆钉柔度对铆钉载荷传递有一定影响;采用埋头铆钉会使SIF值增加,且内外表面差异变得更大;反翘曲约束对裂纹尖端SIF均值影响很小,但能显著降低SIF沿厚度方向的变化。     

基于立体视觉的板料成形极限应变测量关键技术及其系统

 设计并实现了一种基于双目立体视觉和数字图像相关方法的板料成形极限应变测量系统—BOSAS(双目视觉应变测量分析系统),对其中的关键技术作了深入讨论。该系统可以克服传统坐标网格方法很难进行变形过程的动态监控、自动化程度不高等局限,并可计算试件各变形阶段全场应变分布,以及重建不同变形时刻下试件的几何外形。将分段位移传递法和有限应变理论相结合,可计算大变形下的极限应变。对深冲铝板6016以及航空铝板2A12-T4、2A12-O、7B04-O等材料的应变测量结果显示本文方法适用于板料成形三维变形及极限应变的测量,并将测得数据与由坐标网格方法测得的数据进行比较,结果表明本文方法测量准确、可靠。     

有限元计算中应力集中问题解决方法

针对应力集中问题,研究有限元计算中优化模型的方法.综合分析具有应力集中孔薄板在不同工况下(单向拉伸、双向拉伸、拉压复合)的不同单元密度和单元质量,提出了优化有限元模型的方法.此外,对某旋转机械中转盘的切向应力进行了计算,与子模型有限元方法的计算结果进行比较,验证了提出的优化有限元模型方法的合理性.     

几种金属材料自冲铆接头的静态失效机理

利用自冲铆连接系统、材料试验机及扫描电子显微镜等设备来研究钛合金、铝锂合金及铝合金自冲铆接头的力学性能与静态失效机理。结果表明:TA1钛合金接头平均最大拉剪载荷(6 285.0 N)在3种接头中最大,8090铝锂合金接头(5 478.3 N)次之,5052铝合金接头(3 217.7 N)最小;不同金属材料自冲铆接头的静态失效模式有很大的区别,TA1钛合金接头出现铆钉从沿晶断裂向韧性断裂转变的失效过程,8090铝锂合金接头出现材料被擦伤与解理断裂的失效过程,5052铝合金接头仅出现材料被擦伤的失效过程。     

韧性裂纹扩展的损伤力学描述

描述了基于材料微观空穴成核、长大和聚合的损伤力学模型,用增量本构关系模拟了空穴的成核和长大。用有限元损伤模型计算了裂纹的扩展,其计算值与试验结果吻合较好     

计及不确定性因素的结合面参数识别

结合面参数识别是复杂结构动力学建模的关键问题。由于连接结构的接触面的大小、摩擦系数，以及安装预应力等相关参数存在不确定性，本文提出把连接结构的接触刚度及接触阻尼作为随机分布参数处理，并使用基于响应面法的模型修正方法和分布代数方法进行识别，方法可行，便于实际工程应用。研究表明，连接结构参数具有正态分布或近似正态分布的特点；用线性有限元模型加上具有正态分布的接触刚度、接触阻尼模型可以描述真实结构的动态特性。     

飞机铆接电阻专用测量仪的研制

飞机铆接电阻专用测量仪是用于测量飞机铆接部件接触质量的专用仪器,它对保证飞机机载电子设备和通讯系统正常工作具有重要作用,在飞机维护中也常常要检测机体电阻是否符合要求.本文介绍了该测量仪的研制目的、工作原理和电路组成.