航空沉头铆钉动态加载试验及失效模式研究

为研究航空沉头铆钉在动态加载下的失效模式,以航空器结构中使用的100°沉头铆钉为研究对象,采用高速液压伺服材料试验机,进行不同加载速度下的纯拉伸、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯剪切动态试验,获得不同工况下铆钉动态力学失效试验数据,研究加载角度、加载速度对铆钉失效模式和失效载荷的影响规律,并拟合铆钉失效本构参数及失效判据。结果表明,此种铆钉主要有沉头拉脱和钉杆剪断失效模式,不同加载角度下铆钉失效模式差异较大,不同加载速度下铆钉失效模式差异较小;失效载荷随加载速度增大而增大。对纯拉伸和纯剪切试验,失效载荷与加载速度线性相关;建立不同加载速度下的铆钉失效判据,可应用于铆钉有限元建模及机身结构适坠性仿真分析。     

无头铆钉成型过程的有限元仿真与试验分析

采用ABAQUS建立有限元分析模型,分析了66°锥形铆模压铆无头铆钉的成型过程。对成型后的试片进行了力学及金相分析,并将结果与普通半圆头铆钉进行对比。研究结果表明,无头铆钉的压铆变形过程为钉杆中间最早涨粗,墩头部分成型,随后钉杆部分逐步与孔壁均匀挤压的过程;随着压铆位移的增加,无头铆钉拉脱强度及剪切强度均呈上升趋势;与传统平铆模成型的半圆头铆钉相比,在锥形铆模的作用下,金属材料向钉杆流动更加均匀,墩头两侧的绝热剪切效应明显弱化。     

飞机壁板自动钻铆机气动送钉技术

送钉系统作为飞机壁板自动钻铆机的重要组成部分,极大地影响着铆接效率和设备的稳定性。对沉头铆钉的软管气力输送系统进行分析,并根据沉头铆钉外形着重对铆钉运动、输送管道内径和管道入口输送气压进行深入研究。通过弯道卡钉分析,并结合铆钉输送动力系数,得到最优的管道内径;理论分析输送铆钉过程中的压强损失,并结合铆钉输送时间,计算得到合适的管道入口输送气压。最后通过不同内径管道送钉的试验验证了输送管道内径的选择方法,通过不同输送气压送钉的试验验证了管道入口输送气压的计算方法。     

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。     

复合材料-钛合金混合结构多钉连接钉载分布及有限元计算

连接部位通常是复合材料结构强度的薄弱环节,复合材料的多钉连接由于存在钉载分配不均匀性而 降低了其连接的强度,因此确定钉载分布规律及其影响因素对提高多钉连接的传载效率具有重要意义。以复 合材料-钛合金混合结构为研究对象,分析凸头、沉头两种紧固件连接下复合材料板间共固化、胶接和分离三 种装配形式的钉载分配特性以及不同装配形式对钉传载荷的影响;利用应变电测法测量连接区钉孔的应力分 布;采用 ABAQUS软件建立三维有限元实体模型,对钉群的钉载分配行为进行仿真分析及试验验证。结果表 明:除沉头铆钉复合材料板共固化连接件的钉载分配呈加载端至支反端逐渐递减的阶梯状外,其他各形式连接 件的钉载分配皆呈两边高、中间低的浴盆状,仅各排钉载所占比例有所区别;复合材料板分离件各排钉载差距 最大,胶接件次之,共固化件差距最小。     

鸟撞载荷下铆接对机翼前缘加强结构的影响分析

为了提升飞机机翼前缘结构抵抗冲击的能力从而保护机翼内部结构及功能,工程中提出了各种前缘结构加强方案。而这些加强结构多为非整体结构件,需将加强结构与原结构组装起来,考虑到工艺性要求铆钉连接成为最主要的连接方式。虽然铆钉连接的方式操作简单费用较低,但该种连接方式不可避免地给飞机机翼前缘加强结构带来了一定的初始损伤,直接影响到了飞机机翼前缘结构的抗冲击能力,因而未考虑铆钉连接影响的加强结构模型,无法准确地反映结构在冲击载荷下的实际受载情况。创建了含铆钉的飞机机翼前缘加强结构模型,该模型建立了铆钉孔同时确定了被连接件间的连接方式,通过与试验结果的对比验证了该模型的有效性,含铆钉的飞机机翼前缘加强结构模型能较好地预测前缘结构遭受鸟撞冲击载荷下的损伤情况。     

双金属铆钉特点及安装工艺技术

双金属铆钉是一种铆接过程中钉杆不变形的新型铆钉,适用于复合材料等结构的连接。铆钉既具有较高的抗剪性能,又具有良好的铆接性能,还具有重量轻、成本低、装配简单等特点,已经在航空航天等部门获得了应用。结合国内外双金属铆钉的发展状况,简单阐述其性能与结构特点,并简要介绍其安装工艺技术。     

一种基于散乱点云的铆钉孔孔位提取方法

针对目前铆钉孔特征提取方法的限制多、自动化程度低等问题,提出了一种基于散乱点云的铆钉孔自动识别与特征参数提取算法.通过每个点的k邻域点分布情况提取点云边界点,利用欧式距离聚类对其进行分割得到属于不同边界特征的点云块,随后依据椭圆拟合结果提取铆钉孔边界.借助k近邻搜索算法寻找铆钉孔边界邻域点云,进而构造铆钉孔的实际定位面...     

螺钉/铆钉目标电磁散射特性的试验研究

通过系列化雷达散射截面（RCS）测试,研究了单列、多列螺钉/铆钉板在单站多方位、双站的散射特性,分析了不同极化方式、不同排列、不同方位角以及不同双站角对螺钉/铆钉散射的影响及关系。试验结果表明,圆头钉板水平极化明显强于垂直极化;沉头钉板水平极化仅略强于垂直极化。列距不同,由于相位叠加的不同,会导致叠加波峰的位置发生偏移,在设计时可平行间距布置,将散射方向集中。对双站散射,较小双站角时曲线与单站时有一定相似性,但波峰幅度和位置均发生较大变化;较大双站角时,电磁散射表现出耦合效应;双站角使测试曲线偏转,幅度为双站角的1/2;RCS均值随双站角增大而减小。     

补偿头铆钉应用研究

简述了补偿头铆钉提高接头疲劳性能和密封性能的机理,进行了铆钉干涉量及铆接接头性能对比试验,验证了补偿头铆钉接头具有优良的密封性和抗疲劳性能,并介绍了补偿头铆钉的应用情况。     

带圆孔加筋板的应力强度因子解析

采用Paris位移公式以及位移协调和叠加原理推导了求解带孔开裂加筋板的铆钉力计算式,并由此推导了只在孔边蒙皮上有裂纹和蒙皮开裂并在桁条上产生中心穿透次裂纹的两种开裂模态下的应力强度因子表达式,讨论了蒙皮与桁条的刚度比、铆钉间距以及裂纹扩展对裂尖应力强度因子的影响,得出了有参考价值的结果。     

复合材料沉头双钉单搭接连接静强度分析

对复合材料沉头双钉单搭接机械连接接头进行了静态拉伸试验,并建立了三维有限元模型,编写了材料失效准则和刚度退化准则的累积损伤程序,计算了连接孔的挤压应力和接头损伤,预测了连接的失效载荷。数值计算表明:单搭接产生的附加弯矩使孔边应力沿板厚呈三角形分布;孔边挤压损伤和螺帽的侧向压缩损伤以及极限载荷与试验结果吻合;位于搭接板自由端的钉孔弯曲变形较小,应设计为沉头孔。     

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。     

复合材料层合板沉头螺栓连接结构失效机制

为研究层合板沉头螺栓连接结构失效机制,采用单搭接连接结构,选择合适的退化方式及失效判据,建立三维有限元模型,针对单钉、双钉、三钉连接结构研究紧固件数目以及不同镬窝角度对连接结构强度与疲劳寿命的影响。仿真结果与试验基本吻合,在考虑紧固件失效时,结果表明:沉头螺栓在刚度上有一定优势,其较大的螺栓头对层合有面外约束,可以抑制单搭接结构次弯曲,从而提高连接刚度。从紧固件数目和沉头角度对静强度的影响上来看,在沉头角度一定的时候,极限载荷基本与钉数成正比。在钉数相同的时候,沉头角度对极限载荷的影响并不明显,镬窝没有显著降低极限载荷,而且在刚度上还有所提升。从疲劳寿命的对比可见,沉头角越小疲劳寿命越大。从影响因素来看,预紧力对沉头螺栓连接影响很小,小端距结构会出现边缘效应,层合板端部易出现损伤。     

预紧力对层合板螺栓连接强度的影响研究

预紧力的大小对连接件的连接强度具有较大的影响。在ABAQUS软件环境下建立层合板螺栓连接结构的三维有限元模型,引入改进的Hashin三维失效判据,并提出了一种新的结构刚度分区退化模型,分别计算了预紧力存在的条件下凸头螺栓和沉头螺栓连接情况下单搭接层合板的失效情况。计算结果与试验结果的对比表明：采用这种刚度退化模型的计算结果较为精确;预紧力对凸头螺栓连接和沉头螺栓连接的失效情况影响不同,合适的预紧力可以提高层合板的极限强度,过大的预紧力不利于结构的承载。     

带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的有限元计算分析

主要对带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的三维应力进行计算分析。通过计算分析发现 ,带孔复合材料板在受单向拉伸时 ,在相同载荷 (面应力 )作用下 ,复合材料板的厚度对板的强度影响不大 ,随着厚度的增加 ,板上最大应力值变化不大 ;对于带孔板而言 ,孔的形状对孔周边应力集中程度影响比较大 ,孔为椭圆孔 ,并且长轴方向与载荷方向平行时 ,孔边应力集中程度比较小 ;而当椭圆的短轴与载荷方向平行时 ,应力集中程度最大 ;孔为圆孔时 ,应力集中程度介于上面两种形状之间。对于多孔复合材料板计算发现 ,多孔板在受拉作用下 ,各个孔周围应力分布与孔的位置有关 ,在距离板边沿越近的孔 ,其周围最大等效应力值越大 ;对螺栓连接板而言 ,螺栓的材料参数对板的应力分布影响不大 ,板上最大应力都位于孔的右端稍偏下位置 ;螺栓连接复合材料板在相同的载荷作用下 ,板上最大等效应力值随螺栓的弹性模量的增大也相应增大     

基于光学扫描的自动钻铆干涉量研究

针对自动钻铆干涉量研究中难以同时精确测量铆接后的铆钉直径及其对应位置的难题,采用基于光学扫描的测量方法对自动钻铆干涉量进行实验研究。实验件由两块铝锂合金板组成夹层,单层板厚度均为2.4mm,配合沉头铆钉。实验结果表明：基于光学扫描的方法不仅可以精确测量铆钉直径及其位置,还可以得到铆钉直径的全貌分布;自动钻铆的干涉量分布是不均匀的,干涉量最大值出现在镦头一侧,干涉量最小值出现在钉头一侧。分布规律是从镦头到钉头严格依次递减;精密测量得到自动钻铆干涉量离散系数为0.201。     

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.     

7050铆钉铆接裂纹分析及对策

7050铝合金材料,由于其综合性能好,在现代飞机结构的零件、连接件中被广泛使用,其中包括用7050铝合金材料加工生产的牌号为HB6748的100°沉头铆钉和HB6747冠状铆钉(俗称7050铆钉).在某型飞机装配制造中大量采用了这种铆钉,但在飞机进气道部位发现使用7050铆钉一段时间后,该部位出现大量铆钉镦头开裂的现象.为分析7050铆钉铆接后镦头开裂的原因,本文从材料、热处理、铆接方法和铆接方式等方面分别进行了试验研究.     

双向受载铆接连接件板孔细节周向应力分析及其DFR确定原则

分析了双向受载铆钉接头板孔细节周向应力分布随双向载荷作用下钉传载荷是否存在的不同情况面造成孔周应力分布的不同的叠加效应,进而确定了这种效应对孔细节DFR的影响。