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。     

一种面向自动钻铆的机器人自动送钉系统

现有的自动钻铆系统中90%的故障来源于送钉系统中的卡钉。为了进一步提高自动钻铆送钉系统的精度,降低故障率,提出一种基于视觉伺服的新型机器人送钉系统。该系统通过在机器人末端安装工业相机和铆钉抓取装置,以机器视觉的方式对铆钉进行质量检测和定位,并引导机器人对特定种类铆钉进行抓取和投放,从而保证了送钉质量。该系统重1.1t,占地面积1.57m^2,有效降低了自动钻铆装备中送钉系统的面积与重量。试验表明,机器人自动送钉系统对铆钉的检测精度达到0.1mm,在1min内抓送6枚以上铆钉,满足自动钻铆的性能要求。     

抽芯铆钉钉体镦锻技术研究

研究了用于抽芯铆钉钉体的材料CP-Ti的再结晶温度以及基于该材料的抽芯铆钉钉体的镦锻工艺。结果表明:当加热温度在550~800℃时,随着加热温度的升高,CP-Ti显微组织发生回复、再结晶、晶粒长大,结合不同温度下的材料组织变化,通过金相法和显微硬度法确定CP-Ti的再结晶温度为650℃;根据材料特点以及钉体强度要求,采用温镦工艺成形钉体,当加热温度为400℃时,镦锻出的钉体头部成形良好,杆部强度达到设计要求。     

内锥衬套高锁螺栓性能及接头疲劳寿命研究

针对研制的内锥衬套高锁螺栓进行性能试验,开展复合材料/金属双搭多钉连接接头静力和疲劳试验及接头失效分析。结果表明,研制的内锥衬套高锁螺栓抗拉、双剪、疲劳及冶金性能合格,拉伸断口显微特征为韧窝。复材/铝合金多排钉连接接头间隙配合钉载比例差为41%,干涉配合钉载分配比例差为34.7%(1.0%的相对干涉量下);复材/钛合金接头间隙配合钉载分配比例差为43.3%,干涉配合钉载分配比例差为37.7%(1.0%的相对干涉量下),干涉配合可以提高钉载分配的均匀性。复材/铝合金接头干涉配合的疲劳寿命约为间隙配合的1.7倍,复材/钛合金接头干涉配合的疲劳寿命约为间隙配合的3.4倍。间隙配合连接的断裂试样主裂纹萌生于孔壁和试件表面,干涉对孔壁有强化作用,其主裂纹萌生于试件表面孔角和孔壁。7050铝合金呈现解理和韧窝的混合特征,TA15显微显示为准解理断裂,存在少量等轴韧窝和河流花样。     

机械连接中钉的轴力和剪切力测量传感器

对机械连接中测量钉的轴力的各种测试方法进行总结,对复合材料多钉连接中钉载的多种测试方法进行分析,提出了一种能同时测量钉的轴力和剪切力的传感器。根据钉的受力情况和材料力学理论推导出钉的轴力和剪切力的计算表达式。设计了传感器的轴力和剪切力的两套测试装置,分别进行了轴力和剪切力的测试试验。对传感器测试结果的载荷-应变曲线的线性度、重复性进行了分析研究。测试结果表明：传感器的载荷-应变曲线具有良好的线性度和重复性,能满足工程上对测量传感器的技术要求。同时通过测试也发现,传感器的安装角对轴力和剪切力的测量结果无影响;安装紧力矩对剪切力的测量结果有影响,但随着外载的增大,影响会逐渐减小。     

TA15钛合金电子束焊缝形状对疲劳性能的影响研究

通过选用适当的电子束焊接工艺,可得到4种典型的电子束焊缝形状,分别为钟罩形、漏斗形、楔形和钉形。对不同焊缝形状的电子束焊接接头进行了疲劳性能试验,并利用所建立的层次分析数学模型,综合评价了焊缝形状对疲劳性能的影响。     

复合材料螺接性能的影响因素研究

 利用有限元软件ANSYS建立了单钉双剪复合材料单拉接头的1/2模型,研究了钉孔配合、螺栓预紧力和接触面间摩擦对接头的强度等性能的影响。设计了若干实验,证明有限元模型是有效的,其计算误差控制在10%以内。有限元计算结果表明:小干涉量的过盈配合能极大地提高接头的强度,与3%间隙量相比,最优干涉量下接头强度可提高36.5%;适当的螺栓拧紧力矩也可提高接头的强度;接头中被连接板间的摩擦对接头强度也是有利的,但在一定接头尺寸条件下,摩擦力的增大有可能会改变接头的破坏模式。以上研究成果为复合材料多钉连接钉载分配均匀化的参数化分析提供了一个突破口,这也是本文后续研究的一个内容。     

层合板单钉接头多级疲劳试验

为探讨层合板单钉接头在实际工作中多级疲劳破坏规律,首先通过特征尺寸为层合板端距与螺栓孔孔径之比为3、层合板宽度与螺栓孔孔径之比为3的层合板单钉接头准静态拉伸试验及常幅拉-拉疲劳试验,分析了层合板单钉接头实际损伤失效形式及单级疲劳破坏规律,为其多级疲劳试验各级应力水平的选取提供基础依据.然后对层合板单钉接头在载荷由高到低及由低到高2种加载方式2级载荷作用下的疲劳性能进行了试验研究,并使用经典线性累积损伤理论Miner法则分析计算了接头疲劳损伤值.结果表明:当应力水平由低向高施加时,疲劳损伤值大于1,而应力水平由高向低施加时,疲劳损伤值小于1.      

复合材料结构用干涉单面螺纹抽钉紧固系统连接技术

论述了干涉单面螺纹抽钉紧固系统结构及安装过程,并对接头性能进行了分析。使用该紧固系统可使连接结构获得较高的疲劳寿命指标和较好的钉载分配能力,从而实现提高结构整体寿命的要求。     

基于DEFORM-3D的自封铆接工艺研究

铆接工艺参数对自封铆接干涉量产生重要影响。采用有限元仿真软件DEFORM-3D,以2117-T4材料、直径4mm的半圆头自封铆钉及2024-T3材料的铝板为研究对象,分析自封铆接的3个主要工艺参数钉孔直径、顶铁形状及压铆力对铆接质量的影响。仿真结果表明,钉孔直径范围在4.01~4.02mm,采用凹槽顶铁及较大的压铆力会增加铆接干涉量,提高铆接件的密封性能。     

复合材料层合板机械连接研究进展

机械连接因其可靠性以及连接工艺上的优势,受到学者和工程界的高度重视.当前国内外学者对机械连接的研究主要是进行数值模拟与试验研究.接头的承载强度、失效形式以及疲劳性能是衡量接头性能的主要指标.接头形式、铺层角度、几何尺寸、钉孔间隙、预紧力等是影响接头性能的主要因素.在实际工程应用中,这些研究对于提高复材机械连接性能有着重要意义.     

钉传载荷作用下钉孔裂纹应力场的分布

考虑螺栓与钉孔的接触及材料的弹塑性,应用非线性有限元法模拟分析带裂纹钉孔的应力分布,得出钉传载荷作用下钉孔裂纹应力场的分布。     

复合材料双钉胶螺混合连接接头多参数优化设计北大核心CSCD

为提高复合材料双钉胶螺混合连接接头的承载能力,本文结合实验和有限元方法,利用ABAQUS建立了有限元模型并验证了其可行性,基于代理模型和遗传算法,对碳纤维复合材料板与钛合金板双钉混合连接结构的板宽、端距和孔距等参数开展了多参数优化设计。结果表明:二次多项式代理模型的预测结果精度最高;与优化前试验得到的常规混合连接接头的载荷性能相比,优化后的结构承载能力提升了44.35%。     

考虑间隙和拧紧力矩的复合材料钉载分配均匀化方法

一种通过调整钉-孔间隙和拧紧力矩改善复合材料多钉连接钉载分配不均匀性的方法被提出。首先，基于改进的钉载分配测量方法测量各钉承载比例，采用SPSS软件得到各钉载比例的多元线性回归函数，并以钉-孔间隙和拧紧力矩为设计变量，建立多钉连接钉载分配的线性优化模型。然后，采用单纯形算法对优化模型进行求解，得到优化解。最后，以三钉单剪连接为例，对比计算和试验测量结果。结果表明：求解结果与试验测量结果吻合度较高；优化后，最高钉载比例从36.06%降低到33.45%；三钉单剪连接结构承载能力提高约10.8%，且改善结构失效形式为钉-孔挤压失效。     

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。     

壁板铆接变形分析及铆接顺序规划研究

壁板是构成飞机气动外形的重要组件,提高其外形装配精度对保证飞机的飞行性能至关重要。传统的研究主要集中在铆钉及孔周围的变形,而对壁板铆接整体变形的研究较少涉及。以壁板自动钻铆为对象,以单钉铆接变形分析为元模型,提出了壁板铆接"局部-整体"变形快速求解方法。钉孔周围采用体单元,壁板其余部分采用壳单元,利用"体-壳"连接建模方法,构建了"局部-整体"映射加载模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形的快速计算;以铆接变形最大值最小为目标,采用遗传算法进行铆接顺序优化,实现了对壁板铆接变形的有效控制。     

复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析

按照连接设计准则及机身压差载荷水平,开展了复合材料机身壁板的纵向连接设计研究。为提高壁板多钉连接结构分析精度及设计效率,发展了一种基于Fastener单元的钉群载荷计算方法,在此基础上结合单钉失效分析模型,提出了一种壁板多钉连接区的失效评估方法。首先,通过与试验数据对比,验证了采用Fastener单元求解钉群载荷的可行性;然后运用Fastener单元分析壁板连接结构的钉载分配;最后基于钉载分析结果,对局部危险区域采用单钉模型进行失效载荷计算并进而评估壁板连接区的失效载荷。本方法特别适用于快速、有效地校核多钉连接区的连接强度。     

考虑钉头传载的阶梯搭接钉载分配特性

确定钉载分配比例是机械连接强度分析的基础和关键,也是研究孔周应力分布的前提。以某型飞机铝合金阶梯形搭接板螺栓群连接结构为研究对象,利用应变电测法初步测量了各排螺栓的钉载分配比例。随后通过ABAQUS有限元三维实体建模,考虑钉头传载及接触摩擦、螺栓预紧、材料非线性、防弯夹具等因素,对螺栓群的钉载分配行为进行了模拟。计算发现：阶梯形搭接板多钉连接的钉载分配比例呈两端大中间小的规律,且台阶高度是影响钉载分配比例的重要因素。在此基础上,进一步研究了台阶高度对钉载分配均匀性的影响。分析结果表明：阶梯形搭接板多钉连接处于弹性范围以内时,随着台阶高度的增加,钉载分配趋于均匀;结构产生塑性变形后,随着台阶高度的增加,钉载分配先趋于均匀后随之变差。最后,基于钉载分配与孔边最大应力,对阶梯搭接多钉连接的几何构型进行了优化。优化后阶梯搭接的钉载分配比例极差不超过1.1%,最危险部位的孔边最大应力及螺栓最大剪切应力分别减小了约4.4%与10.2%。     

复合材料层板钉群连接载荷分配计算方法研究

采用有限元方法对复合材料层板钉群机械连接载荷分配进行了研究,考虑钉弹性与层板厚度的影响,文中针对两种计算钉群载荷分配的工程化计算模型进行了对比分析,指出本文所采用模型的合理性,并以单排三钉为例通过计算结果与试验结果对比,证明本文所提出的计算模型有效,且计算精度高,使用方便.本文研究了搭接形式以及钉间距对钉载荷分配的影响,并对航空结构中常见的几种规则与非规则排列钉群连接载荷分配进行了分析计算与研究,得出的结论为复合材料层板多钉连接设计提供了有用的工程参考价值.     

复合材料结构凸头多钉连接钉载分配研究进展

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更是由于存在钉载分配不均匀性而大大降低了其连接的强度.通过研究复合材料连接结构钉载分配,找出钉载分配规律及其影响因素,合理设计连接结构而使载荷分配均匀化,对于提高多钉连接结构的效率有着重大的工程意义.