M5复合材料螺栓的设计与试验

为解决机械连接过程中金属紧固件与复合材料结构热膨胀不匹配问题,开展了复合材料螺纹紧固件研制。通过分析比较,选择了合适的树脂体系,并对成型工艺方法进行了研究,研制了M5复合材料螺纹紧固件。同时创建了数值仿真分析模型,对紧固件力学性能进行了预示。试验结果表明:复合材料紧固件性能满足设计要求,并成功研制出了复合材料螺纹紧固件,扩大了树脂基复合材料结构的应用范围。     

复合材料结构用紧固件及机械连接技术

先进树脂基复合材料具有的较多优点使其在先进飞机上的使用量越来越大,但是由于材料本身结构特性的原因,使得复合材料结构在连接、装配、使用中易产生一系列问题,针对复合材料的特点及连接和使用中存在的问题,系统地阐述了复合材料结构使用的紧固件用的材料、各种结构用先进紧固件类型以及连接中需解决的具体技术问题。     

复合材料结构用紧固件

本文叙述了复合材料紧固件的四个基本问题——电蚀、卡死、安装损坏和低拉过强度。介绍了用于复合材料的7种专用紧固件:大脚螺钉、半管形铆钉、C.B(Ch-erry.Buck)铆钉、应力波铆钉、槽式保险螺栓、复合材料紧固件知自攻螺钉。调研结果表明,在现今的复合材料结构中,传递低载荷的、连接复合材料与复合材料的平头紧固件最为常见。文章讨论了平头结构选型的基本原理。试验结果表明,板材厚度超这平头高度时最好采用100°抗拉埋头紧固件。     

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。     

Ω型加筋壁板连接结构在拉伸载荷下的破坏研究

考察机身收缩段的复合材料Ω型加筋壁板前段和后段连接结构在拉伸载荷下的承载能力,开展了拉伸破坏试验研究。试验件为壁板与框呈75°夹角的倾斜结构,试验考核了加筋壁板、连接框、连接角盒和紧固件的应变水平、试验件的载荷-位移曲线和破坏载荷。试验结果表明,Ω型加筋壁板前后段连接结构在拉伸载荷下,角盒和框的连接处的紧固件以及框的转角处最先发生破坏。试验结果可作为飞行机身复合材料结构连接的设计和评定依据。     

航空复合材料结构精密干涉连接技术综述

凭借在强度、韧性及寿命上的优势,复合材料尤其是碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）逐渐作为主承力结构应用于飞机产品,但由于极易产生连接损伤,其机械连接正面临"干涉破坏强度,非干涉降低性能"的矛盾。而其关键在于对干涉量的精密控制,即实现复合材料结构的精密干涉连接。针对此问题,本文分析了航空复合材料结构精密干涉连接的特点、难点与应用现状,并提出了航空复合材料结构精密干涉连接技术体系框架,重点归纳总结了航空复合材料结构精密干涉连接的三大核心问题：复合材料干涉连接孔周应力分析方法、干涉连接结构损伤萌生与扩展机理、干涉连接结构力学性能退化机制的学术发展脉络及现有问题,在此基础上,指出了未来航空复合材料结构精密干涉连接技术在模型、紧固件、工艺、材料等层面的发展趋势。     

复合材料维修用紧固件及紧固系统

复合材料由于其层剪强度低、抗冲击能力差、塑性差等原因,在制孔、连接、使用过程中,容易产生孔增大、分层、损伤等质量问题,对于这些缺陷的处理,需采用加大紧固件、衬套紧固件和带衬套的紧固系统,并保证相应的安装制孔要求,以满足飞机复合材料结构维修需要。     

波音737飞机紧固件的应用研究

波音737飞机是美国波音公司生产的中短程航线飞机,机型通用性最高,是由数万项零组件装配而成的,其中可紧固件连接是最重要的装配方式,用其连接的结构承载能力很高,在飞机上应用最广.下文详细论述波音737飞机各种紧固件的应用. 紧固件的分类和应用范围 在波音737飞机结构中存在800余种不同类型和规格的紧固件,仅尾段部件紧固件数量就达到5万余个,包括螺栓、螺母、螺钉、铆钉、高锁螺栓、环槽钉、盲铆钉、盲螺栓、销类紧固件等,这些紧固件可划分为两大基本类型:可拆卸型和永久型.     

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。     

电磁铆接技术在大飞机制造中的应用初探

 电磁铆接是一种新型连接工艺,本文介绍了电磁铆接技术的特点及其发展。针对大飞机制造的技术需求,分析了电磁铆接技术在大飞机研制中的作用,重点介绍了电磁铆接技术在干涉配合铆接、复合材料结构铆接、干涉配合紧固件安装等方面的应用。实验研究表明电磁铆接形成的干涉量均匀,能够提高结构疲劳寿命,可以安装大干涉量干涉配合紧固件,对复合材料结构铆接可以减少安装损伤。分析了为满足大飞机研制的需要,中国下一阶段在电磁铆接技术方面要进行的工作。     

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。     

钛合金紧固件热镦工艺通过鉴定

北京航空工艺研究所自行研制的钛合金紧固件热镦工艺及设备,于1992年9月在北京通过技术鉴定。与会专家一致认为,工艺所研制的连续式热镦机及其相应的热镦技术属国内首创,处于国内技术领先水平。 在飞机连接结构中,钛紧固件的减重效果尤为明显。在复合材料结构的连接中,为减轻电偶腐蚀,更需采用钛紧     

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...     

紧固件刚度不同对连接部位疲劳寿命影响的研究

在航空器结构修理中，由于受施工条件限制或结构原连接状态的限制，可能会在修理加强件与原结构件之间的连接部位，混合使用不同剪切刚度的紧固件。本文通过疲劳寿命计算和试验，研究了结构连接部位的紧固件剪切刚度不同，对疲劳寿命的影响。研究结果表明，结构件之间的连接部位混合使用不同剪切刚度的紧固件，将会比较明显地降低结构连接部位的疲劳寿命。该研究成果对航空器结构设计人员和修理人员均具有一定的参考价值。     

航空复合材料结构铆接技术综述

当前复合材料已成为飞机结构最主要的材料之一,然而我国复合材料应用与世界先进水平相比还存在一定差距,典型特征是复合材料用量占比较低。和金属结构相比,连接是复合材料结构制造与装配的薄弱环节,复合材料各向异性、脆性等特点决定了其连接面临的问题更复杂。复合材料结构采用铆接对于飞机减重、控制制造成本具有积极作用,但复合材料铆接易产生损伤,限制了其在关键连接部位应用。对航空复合材料结构铆接技术的应用进行了系统介绍,包括铆接工艺及方法、复材铆接结构形式和复材铆接所用紧固件;指出铆接过程中复合材料产生损伤的3个主要方面：制孔过程的损伤,铆接过程复合材料结构表面承受的冲击损伤,以及镦头成形、钉杆膨胀时对复合材料的挤压损伤;重点针对安装过程对复合材料造成的冲击损伤、铆钉膨胀对复合材料造成的挤压损伤进行分析并提出相应的解决措施,主要从减小钉杆膨胀对复材的挤压程度、对复合材料采取保护措施两个方面入手;对比研究结论认为,制定合理的工艺规范、采用先进的铆接工艺方法和重视垫圈的保护作用可以有效抑制复材铆接损伤、提高复材铆接质量。最后,对复合材料铆接技术的发展提出了展望。     

创新型传感器

<正>斯坦福大学航空航天系复合材料与结构试验室的研究表明,紧固件周围的连接孔处的疲劳裂纹占整个机体疲劳裂纹的一半。为此,Alcoa公司与斯坦福大学联手开发了一种全新的民用飞机结构健康监控(SHM)系统,可以在不分解机体的情况下通过SHM系统实时监控裂纹的状况。     

复合材料多紧固件接头的热载荷研究

 用有限元素法作为二维问题研究受拉伸载荷的多紧固件接头的力的分配,已获得了满意的数值解。在此基础上,本文集中研究了复合材料多紧固件接头的热载荷分配。 1.计算模型 研究具有n排紧固件的对称接头,作如下假设:（1）问题是线性弹性的;（2）孔位置准确,且与紧固件紧密配合,无间隙;（3）被连接的每块层板处于均匀温度场,     

薄壁杆件连接部位疲劳寿命计算与试验研究

通过铆接结构组合件的疲劳寿命计算和试验，研究了两薄壁杆件连接部位沿杆件纵向紧固件个数对结构疲劳寿命的影响。研究结果表明：当进行薄壁杆件的连接强度设计时。在满足静强度连接要求下，沿杆件纵向每行设计4～6个紧固件，可使连接部位具有较好的疲劳品质。     

复合材料连接结构刚度匹配性研究

复合材料蒙皮通过框梁提高结构强刚度,框梁与蒙皮之间存在附加载荷,该载荷会引起结构失效。而结构刚度匹配性设计,可减小连接载荷,本文对某复合材料蒙皮与金属框连接典型结构进行了分析,并对金属框截面尺寸、复合材料铺层角度进行了优化,使连接载荷随复合材料刚度增加而减小,复合材料安全裕度呈抛物线变化。