正反顺序加载下安装边螺栓预紧力分散度的数值模拟与试验验证

在航空发动机机匣安装边装配过程中,不同位置螺栓之间会产生弹性交互作用,不同加载方案会使装配后的螺栓预紧力存在一定的分散度。针对这一问题,建立了3层带止口机匣安装边3维接触有限元模型,研究不同加载方案下螺栓预紧力的施加方法。基于有限元模型数值模拟了3层机匣安装边分别在顺序加载方案、交叉加载方案和正反顺序2轮加载方案下螺栓预紧力的分散度。搭建了相应的试验装置,分别对3种加载方案的预紧力分散度进行试验验证。结果表明：采用正反顺序2轮加载后的螺栓预紧力分散度最小,在3层止口机匣安装边上采用正反顺序2轮加载方案后的螺栓预紧力分散度较小,在有限元仿真中螺栓预紧力分散度为2.43%,在试验中螺栓预紧力分散度为4.98%。采用此方案加载后,止口机匣安装边能达到更好的密封效果和较好的刚度对称性。     

C/C复合材料螺栓紧固特性

为了获得C/C螺栓紧固特性,采用紧固力矩试验方法开展了不同结构C/C螺栓紧固特性研究,研究内容包括不同垫片材料、单螺母和双螺母、涂胶和不涂胶等组合情况下C/C螺栓K值的变化趋势,并研究了C/C螺栓的极限抗扭能力。结果表明:碳基螺栓的扭矩系数值K与金属螺栓差异很大,不同材料结构也有差异,涂胶对增加夹紧力有明显的提高作用。     

一种基于垫片式力传感器的螺栓组连接预紧力测量方法

螺栓(或螺钉)组连接是航空航天等机电产品装配中最常用的连接方法之一。针对目前螺栓组连接中的预紧力测量难且过分依赖拧紧力矩的问题,提出一种基于垫片式力传感器的螺栓组连接预紧力测量方法,可直接测量螺栓组中各螺栓在拧紧过程中及拧紧之后的预紧力。该方法通过垫片式力传感器采集螺栓预紧力,通过对传感器信号的调理、采集以及数据处理、显示和存储完成螺栓组中的各螺栓预紧力采集。最后,研制了便携式的螺栓组预紧力测量装置并进行了应用验证。试验表明该测量方法及装置适合实验室、装配现场、振动等环境中监测螺栓组拧紧过程中以及拧紧之后各螺栓的预紧力。     

某发动机盘轴“扭矩-转角”连接法应用试验

螺栓连接是航空发动机机械连接的主要方式,传统的扭矩法造成预紧力误差较大,尚不能满足发动机高精确性、高可靠性连接的工艺控制需求。为此,以某型发动机低压涡轮盘轴的关键连接结构为对象,将传统的扭矩法和先进的转角法相结合,在国内发动机装配中首次应用"扭矩控制–转角监测"法,并设计开发智能拧紧系统,利用转角法预紧力精度高的特点,在准确施加扭矩的同时,监测调整螺母的转动角度,保证了预紧力的准确控制和连接刚度的均匀一致,提高了发动机的结构连接质量,为后续工艺协同发动机设计提供了技术手段,对发动机装配表现的不一致性问题提供了解决途径。     

基于TC4紧固件在不同头型下扭矩与预紧力关系研究

分析了航空某型号用紧固件扭矩与预紧力的关系,以MJ8×1规格钛合金紧固件为研究对象,着重研究了钛合金紧固件在模拟航空航天型号部段实际安装环境下,不同头型紧固件及安装次数对安装扭矩与预紧力关系的影响,以及其相应变化的规律。研究结果表明:一是当螺栓预紧力达到5%~35%Fmax时(Fmax为螺栓标准规定的最小拉力载荷值),除头型外其余螺纹精度、性能等参数均一致的情况下,螺栓头部承载面积大的头型,所产生的端面摩擦扭矩大,达到同样预紧力时,所需的安装扭矩大;二是随着反复拧入次数的增加,达到相同的预紧力时,所需的拧紧力矩呈现递增的变化规律。     

机翼盒段连接结构疲劳性能影响因素及有限元分析

针对国产某型飞机机翼翼盒典型连接区结构,设计试验件进行疲劳试验,对比分析高锁螺栓不同装配工艺对其疲劳性能的影响。结果表明:对高锁螺栓施加一次拧紧工艺后,再施加适当的二次拧紧力矩,能够有效改善连接结构的疲劳性能。其次,建立连接结构的三维有限元模型,基于正交试验法分别研究螺栓拧紧力矩、板间摩擦系数和螺栓材料弹性模量对基板孔边应力集中系数的影响。研究发现,该3种因素均对孔边应力集中系数有较大影响,其中螺栓拧紧力矩的影响最为显著,表明了适宜的二次定力工艺是提高连接结构疲劳性能的一种有效手段。     

面向航空关键部件性能测试的 多维力加载装置

航空关键部件多数工作在受力复杂的环境中,承受由拉(压)力、弯矩和扭矩组成的多维力载荷,其性能直接影响系统整体的表现,所以需在接近实际工况载荷下测试关键部件的力学性能和疲劳寿命,保障其安全高效的服役。以直升机弹性轴承为应用对象,基于6–SPS并联机构研制多维力加载装置,可模拟其真实受力工况,对弹性轴承进行压力、弯矩和扭矩的组合加载并测试其刚度特性。设计了加载装置的几何参数和构件结构,开展弹性轴承压缩、弯曲和扭转刚度测试,相较于传统测试方法所得结果,压缩刚度和扭转刚度的吻合度较好,弯曲刚度存在偏差,因为传统方法在施加弯矩时不能排除轴向力的影响。试验验证了并联机构的多维力加载能力,并初步探索了弹性轴承在压力–扭矩组合加载下的刚度特性变化规律。最后讨论了并联机构在多维力加载材料试验机和多维力随动加载装置中的应用,形成面向工程材料、关键部件和运动系统的多维力加载理论体系。     

机匣螺栓连接分区域薄层单元建模方法

机匣连接的螺栓预紧力大小对其动力学特性影响较大。为更准确反映其接触刚度随预紧力的变化情况,采用分区域薄层单元方法代替螺栓连接部分,并基于螺栓连接超模型刚度理论、赫兹接触理论以及M-B分形模型,推导出不同螺栓预紧力下分区域薄层单元的弹性模量,模拟机匣连接部分的轴向接触刚度,给出螺栓连接机匣简化建模方法。并以1个螺栓连接试验机匣为例,对比在不同螺栓预紧力下机匣仿真频率与模态试验频率,最大误差仅为2.83%。结果表明:分区域薄层单元建模方法能够有效地对不同预紧力下的螺栓连接机匣进行简化建模。     

机械装配中螺栓连接夹紧力的研究

本文分析了螺栓连接中扭矩和夹紧力的关系,基于胡克定律设计了测量螺栓连接夹紧力的方法,并通过实验进行了验证,最后研究了润滑对螺栓连接夹紧力的影响,指出润滑过的螺栓连接具有更高的预紧力。     

盘一盘螺栓连接结构模态频率分析

基于ANSYSWorkbench软件,采用层单元法和多点约束技术,模拟了盘一盘螺栓连接结构的螺栓预紧力,对其进行了模态分析,并与试验结果进行了比较。研究表明：采用层单元法模拟螺栓预紧力的模态结果与试验结果吻合较好,为在预紧力作用下螺栓连接结构模态频率的有限元计算提供了1种有效方法。     

某飞行器用紧固件拧紧力矩与预紧力关系研究

分析了某飞行器部段连接紧固件拧紧力矩与预紧力的关系,以M8、M10规格钛合金紧固件为研究对象,着重研究了钛合金紧固件在飞行器部段实际安装环境下,安装次数对拧紧力矩与预紧力的影响,以及扭拉系数随安装次数的变化规律.研究结果表明:当螺栓的预紧力达到10％Fmax～50％Fmax(Fmax为螺栓的理论破坏拉力值)时,钛合金紧固件螺纹副的拧紧力矩与预紧力呈良好的线性关系;随着反复拧入次数的增加,达到相同的预紧力时,所需的拧紧力矩呈现递增的变化规律,其扭拉系数也明显呈递增变化趋势.     

风扇轴高/低周复合疲劳试验方法研究及设计

为了实现风扇轴在轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷联合作用下,真实模拟试验件边界环境,且不引入额外载荷的要求下进行高/低周复合疲劳（HCF/LCF）试验.采用机械设计技术、液压技术、计算机技术和数据采集技术,提出了轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的加载方法,建立了4种载荷的控制系统和标定系统,并设计了大涵道比涡扇发动机风扇轴试验器.试验器利用计算机测控系统,通过信号提取、电液伺服阀和机械系统可同时实现轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的协调加载.结果表明:试验器高周载荷加载频率可达到9Hz,低周疲劳载荷加载精度优于±0.12%,振动扭矩载荷加载精度优于±2%,92.75%的旋转弯矩加载数据精度优于±5%,旋转弯矩误差范围为±9%.试验器具有良好的重复性和线性度.      

航空发动机卡箍装配应力试验与装配参数控制方法

通过理论公式推导分析影响卡箍装配应力的主要参数,并通过试验方法对影响卡箍装配应力的因素进行了系统分析与研究,以3种规格、每种规格5个样本的卡箍作为试验对象,测试并统计分析螺栓拧紧力矩值、加载次数、装配方法对卡箍的应力影响规律。研究结果表明:靠近螺栓孔的卡箍表面为应力集中位置,卡箍随加载次数的增多应力呈降低趋势,但重复加载次数不宜过多,会导致卡箍局部较大的变形和磨损,增加2 mm垫片的方法对降低卡箍应力水平的效果最好,下降率可达468%;相比之下,限制卡箍位移后加载的方法应力下降率约为364%,而加载后校正的方法应力下降率约为286%。     

航空发动机螺纹连接拧紧力矩应用分析

拧紧力矩的准确施加是航空发动机螺纹连接件正常工作的保障。本文分析航空发动机螺纹连接件的松动机理,并以航空发动机螺纹连接件不同使用工况为基础,探讨了螺纹连接摩擦因数、工作温度、被连接件刚度、自锁螺母锁紧性能等因素对螺纹连接拧紧力矩及预紧力的影响。结合螺纹连接件不同的应用需求,本文还简要分析了螺纹连接件分段加载和伸长量法加载两种不同装配方式对拧紧力矩的影响。     

面向复材构件的临时紧固件安装工艺测试与验证装置设计

临时紧固件过大的夹紧力会给复材孔周带来损伤,严重影响结构的静态承载及动态疲劳性能,航空复材装配现场需要对临时紧固件的安装夹紧力进行控制。因此针对临时紧固件气动安装工具输出扭矩的波动性特点,设计了一种面向复材构件的临时紧固件安装工艺测试与验证装置,以探讨其安装工艺与夹紧力之间的关系。通过电气比例阀控制气动安装工具的输入气压,通过扭矩传感器和夹紧力传感器监测临时紧固件安装过程中的扭矩和夹紧力。对所搭建的装置进行了测量系统分析,利用皮尔逊相关系数公式验证了其重复性,并用Bessel公式计算了其不确定度。结果表明,所设计的装置可以用于复材构件临时紧固件的安装工艺测试与验证。这将为航空复材装配现场的临时紧固工艺的制定提供方法和依据。     

复合材料夹层连接螺栓拧紧力矩试验研究

针对纤维增强复合材料夹层在不同类别湿装配状态下连接螺栓的拧紧力矩问题进行了详细的分析与试验研究.给出了湿装配状态下复合材料夹层连接螺栓的部分拧紧力矩数值范围,这些数值可以作为工程应用的重要参考依据.     

航空发动机安装边螺栓连接密封特性试验

通过试验的方法对影响安装边螺栓连接结构密封特性的因素进行了系统分析与研究,设计和搭建了安装边螺栓连接密封特性试验系统,研究了螺栓加载方案、预紧力和螺栓数量对安装边密封特性的影响规律。研究表明:JIS B 2251加载方案可以获得更均匀的预紧力,与其他方案相比,气体泄漏持续的时间长,达到600s,且加载工作量小;增大预紧力可使压力下降的持续时间增加,从6.0kN的400s至7.5kN的540s和9.0kN的650s;螺栓数量的增加使得t=0时刻的泄漏率从2.6cm3/s降到1.7cm3/s,从而提升试验件的密封性能。该研究可为安装边密封特性分析与结构设计提供参考。      

考虑螺栓连接的航空发动机管路建模及振动特性分析

为了建立考虑真实卡箍结构影响的管路系统动力学模型、获取结构设计参数和装配参数等对管路系统动力学特性的影 响规律,以航空发动机外部管路为研究对象,考虑金属橡胶卡箍螺栓拧紧力矩的影响,基于ANSYS有限元软件建立了包含螺栓连 接的管路模型。通过模态试验及基础激励响应试验验证了有限元模型的准确性。进一步分析了螺栓拧紧力矩、卡箍跨距及管体 长度对双卡箍管路系统固有频率的影响规律。结果表明：拧紧力矩的增大导致管路的固有频率的提高,针对本研究模型,在拧紧 力矩达到8 N·m以后,管路固有频率逐渐趋于稳定;拧紧力矩对不同长度管路的固有频率影响不同,管路越长,拧紧力矩的作用越 弱,即卡箍的支承刚度对管路固有频率的影响越弱。     

飞机螺接结构的紧固

本文根据国外有关资料阐述了螺接结构拧紧力的理论计算方法;列举了计算螺栓预加载荷F_M的实例.     

飞轮螺纹连接预紧力矩设计及应用

本文开展了飞轮螺纹连接预紧力矩设计,优化了预紧力理论计算系数.分别按紧固件和被连接件计算预紧力,取两者中的较小值,计算最小拧紧力矩.并通过飞轮产品装配实测验证,最大误差不超过13％,避免了按以往标准确定的预紧力矩过大的潜在风险.联合厌氧胶防松,可以为我所飞轮产品紧固连接提供技术支撑.