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。     

复合材料的干涉配合铆接

分析了复合材料结构采用干涉配合技术存在的工艺困难，利用应力波铆接设备对碳纤维复合材料进行了干涉配合铆接试验，并对铆接质量进行了检测分析。结果表明，应力波铆接可以产生合适的干涉量，能提高初始破坏挤压强度；不会造成复合材料的安装损伤     

钛合金结构干涉配合铆接疲劳试验研究

干涉配合能提高接头疲劳寿命,已成为目前最有效的强化工艺方法之一。国内外飞机制造中已广泛应用干涉配合,但我国目前飞机制造中的干涉配合铆接只限于铝合金结构。钛合金优越的性能使其在飞机结构中的应用比例大幅提高,但钛合金结构的干涉配合铆接在我国飞机制造中还是一个空白。针对某型机的实际结构对钛合金结构的干涉配合铆接疲劳性能进行了试验研究。研究结果表明,较普通铆接干涉配合铆接可明显提高接头疲劳寿命,加载的应力水平越低,疲劳寿命提高越明显。另外,钉孔间隙等工艺参数对疲劳寿命增益也有较大影响。     

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。     

干涉铆接工艺总结

本文简单介绍了什么叫干涉铆接、干涉铆接被采用的原因、干涉量如何获得及测量方法。详细介绍了干涉铆接对设计结构的要求、铆接方法的选择及表面质量的保证，对工艺参数的选择及试验方法作了详细介绍，对试验中的经验进行了总结。     

基于对称加载的均匀干涉配合铆接方法

铆接干涉量均匀度是影响飞行器装配接头疲劳寿命、结构铆接变形的重要因素之一。为了提高铆接干涉量均匀度,采用基于应力波加载的电磁铆接双面铆接方法,对对称加载的铆接工艺方法进行了研究。利用应力波传播和叠加原理对对称加载的钉杆应力水平进行理论分析,试验测量了电磁力应力波及其叠加效应。通过工艺试验和微观分析,研究了对称加载方法对铆接质量的影响。研究结果表明:对称加载方法下,双向应力波同步触发,脉冲宽度相等,钉杆理论应力水平高于单面加载;在对称应力波作用下,整体钉杆干涉量均匀,并形成有效干涉,钉头与夹层贴合紧密;对称加载钉孔绝对干涉量更大,平均干涉量大于单面加载14%,干涉量均匀度高出单面加载37.5%,有利于实现连接结构的疲劳寿命增益;对称加载方法引起的结构件铆接变形量小于单面加载,更容易保证装配件外形准确度。     

钛合金结构干涉配合铆接工艺研究

为提高某型机结构寿命,针对目前钛合金结构采用普通铆接方法的现状,提出对钛合金结构采用干涉配合铆接工艺。采用普通锤铆研究了不同直径铆钉外伸量和钉孔间隙等工艺参数与干涉量关系,得出φ3.5和φ4钛铌铆钉的最佳钉孔间隙均为(0.08±0.02)mm,以及在该间隙下合适的外伸量为(1.2~1.3)d。试验结果表明在该工艺参数下得到较理想干涉量为0.8%~1.0%且铆接质量良好。     

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。     

干涉铆接及其新的成形方法

本文介绍了用干涉配合铆接提高疲劳强度的原理及干涉量的分析,同时分析了一种新的干涉配合铆接方法－应力波铆波。同时介绍了其工作原理及影响铆接力的有关参数。     

干涉配合铆接对疲劳强度的影响

通过试验，研究了干涉配合铆接试件相对于普通铆接试件疲劳强度的增益，估算了冠状铆钉干涉配合的填充作用。研究结果表明：在中寿命区，干涉配合铆接的疲劳强度比普通铆接的疲劳强度提高约25％。通过理论计算与试验结果的对比。建议冠状铆钉干涉配合的填充系数可取为0．474。     

飞机铝梁接头耳片与钢衬套过盈配合对飞机寿命的影响

初步探讨了飞机机翼翼梁接头高强度铝耳片与钢衬套过盈配合在应力腐蚀与干涉连接综合作用下 ,对耳片疲劳寿命的影响及影响程度 ,并提出了结构设计时应遵循的几项原则。     

指尖封严磨损特性及其对泄漏影响的试验

对间隙、过渡、过盈3种配合的指尖封严的磨损特性及其对泄漏的影响进行了试验研究,分析了不同配合状态下封严件与转子的磨损现象、磨损长度以及封严泄漏系数的分布.试验结果表明:封严磨损随封严与转子相对滑动距离增大而增加;间隙配合状态下,封严出现局部磨损,磨损及其对泄漏的影响主要发生试验初始阶段;过盈配合时,封严件整体均出现磨损,且磨损发生在整个试验阶段,磨损对泄漏的影响在初始阶段较大、之后逐渐减小;封严的间隙越小(过盈量越大),磨损对泄漏影响越大.      

螺接接头最优干涉配合问题的研究

 1.干涉配合螺接接头孔边应力和位移场 假设:（a）被连接件为无限大板,圆孔内受均匀压力,并处于平面应力状态;（b）螺栓为一有限圆板,受均匀外压,在干涉配合时只产生弹性变形,并为平面应力状态;（c）被连接件材料的本构方程采用修正的Ramberg-Osgood形式     

层合板多钉连接载荷分配均匀化方法

采用三维有限元方法,对不同钉孔配合下复合材料与金属铝板多钉双搭接的载荷分配进行计算,结果表明,通过在大载荷孔上采取间隙配合及小载荷孔上施加干涉配合的方法可显著影响多钉连接载荷分配,使得各钉载荷趋于均匀.     

层合板干涉螺接分层损伤及其临界干涉量

复合材料层合板的干涉配合连接具有优越的性能,是飞机复合材料结构连接的发展趋势。然而,层合板在干涉连接过程中易出现分层损伤。针对以上问题,采用理论建模与有限元模拟方法研究了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板干涉螺接过程中的分层损伤及其临界干涉量。首先,对CFRP层合板的干涉螺接工艺过程和分层损伤进行力学行为分析;然后,基于虚功原理,建立了各层界面的分层损伤临界轴向力计算模型,结合插钉力与干涉量间的关系,建立临界干涉量的预测模型,求得分层损伤的临界干涉量;最后,采用ABAQUS有限元软件对CFRP层合板干涉螺接过程进行数值模拟,应用内聚力单元建立层合板层间界面,模拟了CFRP层合板在不同干涉量时的分层损伤机理,并通过扫描电子显微镜(SEM)实验观测了细观分层损伤。研究结果显示:干涉量是影响CFRP层合板分层损伤的主要工艺参数;层合板中越靠下边的层间界面,其不产生分层损伤的临界轴向力和临界干涉量越小,即越容易产生分层损伤。     

层板双孔过盈配合问题

 复合材料结构广泛采用机械连接。由于孔轴配合中存在间隙,影响多孔连接的内力分配和接头强度。螺栓连接的过盈配合和铆钉连接都能消除间隙,但这样就造成孔轴相互挤压,因而引起应力,并可能造成局部损伤。本文探讨层板双孔过盈配合引起的应力,及讨论过盈配合应用的可能性。     

开口圆环过盈联接力学分析

利用能量原理对过盈联接的开口圆环力学模型进行研究,求得开口圆环开口端张开位移的计算公式,分析开口圆环过盈联接的弹力和正应力。数值算例分析了开口圆环与不同外径缸套过盈联接的弹力和最大正应力。结果表明:开口圆环过盈联接的弹力和最大正应力随圆环开口角度和缸套外径的增大而增大,但缸套外径对其有更大影响;为开口圆环的设计提供一定的理论依据。     

过盈配合对复合材料多钉连接强度的影响研究

过盈配合能改善复合材料连接结构载荷分配的不均匀程度,对过盈配合进行分析研究能为过盈配合在复合材料多钉连接中的设计应用提供工程参考价值。对一列三钉复合材料连接结构进行二维分析,通过改变接触关系来模拟过盈配合,并利用ABAQUS软件中的USDFLD子程序对结构进行损伤分析,从损伤机理出发,揭示过盈配合结构的损伤形态形成原理,研究过盈配合在结构损伤过程中对螺栓载荷分配的影响变化规律,及其对连接结构初始破坏强度和极限强度的影响。研究结果表明：适当的过盈配合能够实现载荷分配的均匀化,提高结构的初始破坏强度;过盈配合对结构极限强度的影响不大。     

随机载荷作用下锥形螺栓干涉配合的疲劳寿命增益

介绍了以7475 T761铝合金为基材的锥形螺栓干涉配合和普通螺栓非干涉配合连接的犬骨形试件,在随机疲劳载荷谱作用下的疲劳试验。结果表明:锥形螺栓干涉配合与普通螺栓连接比较,疲劳寿命增益明显;应力水平降低,寿命增益倍数增加。锥形螺栓干涉提高疲劳寿命的主要原因是:(1)干涉使孔附近区域形成拉伸预应力,它可以降低外加疲劳载荷引起的交变应力幅;(2)锥形螺栓干涉使螺栓与孔之间的接触更均匀、更紧密,当有载荷传递时,其分布趋于均匀;(3)锥形螺栓干涉改善了孔壁的初始疲劳质量。     

单面螺纹抽钉干涉配合复合材料连接件挤压强度研究

由于连接技术是复合材料连接结构设计中的关键环节,所以本文通过试验研究了干涉配合对复合材料单钉双剪连接件挤压强度的影响作用,并建立了能预测复合材料连接件挤压强度的三维有限元数值模型.该模型考虑了钉孔接触、渐进损伤以及大变形理论,并采用了Hashin失效判据以及Tan材料性能退化准则,研究了不同干涉量(0％,0.5％,3％)配合方式对连接强度和刚度的影响作用.结果表明适量的干涉能提高连接挤压强度,而3％的过量干涉配合降低了连接挤压强度,却有较高的挤压弦向刚度,与试验结果相比,吻合较好.