飞机结构搭接件微动疲劳研究的关键技术

搭接件是飞机结构中容易产生微动疲劳损伤的部位。文章回顾了微动磨擦学的发展历史,阐述了微动疲劳的损伤机理,介绍了微动疲劳试验的原理、方法,总结了微动疲劳寿命的影响因素。重点分析了飞机结构搭接件微动疲劳研究的关键技术：微动疲劳寿命计算、微动疲劳全寿命模型和微动疲劳寿命模糊可靠性模型。     

金属蒙皮破孔结构胶铆混合修理的疲劳性能研究

蒙皮破孔是最典型的飞机战伤形式之一,目前对其抢修的方式主要有纯铆接修理和纯胶接修理,在修复效果或修复时间上存在不足。提出利用胶铆混合方式进行蒙皮破孔修理,采用疲劳试验与有限元分析方法,针对带预置圆形破孔损伤的破孔件、铆接修理件、胶接修理件和胶铆混合修理件进行疲劳性能对比研究。结果表明：相比纯铆接和纯胶接修理方式,胶铆混合连接方式具有最佳的修理效果,混合连接中铆钉作用能有效提高胶层承载并抑制胶层剥离;胶铆混合修理方式与纯铆接相比疲劳性能更优,与纯胶接相比修理时间更短,在金属蒙皮破孔结构的战伤抢修工作中具有良好的应用前景。     

LY12CZ铝合金干涉螺接件微动损伤防护技术

 本文分析研究LY12CZ铝合金干涉螺接件的微动损伤防护技术。讨论了不同干涉量、表面处理技术、孔的加工方法及防护夹层对其微动损伤及疲劳寿命的影响。应用断口分析的方法研究了其微动损伤区的形貌、裂纹的起始部位及形式。提出了提高LY12CZ干涉螺接件疲劳寿命的方法。     

LY12CZ铝合金微动损伤及防护技术

分析了LY12CZ铝合金及其铆接／螺接件微动损伤的微观特征以及4种工艺措施对疲劳强度的影响。试验结果表明：LY12CZ铝合金对微动作用十分敏感,容易引起严重的表面损伤。微动作用使铝合金的疲劳强度急剧下降。铝合金经喷丸强化处理后。可将常规疲劳强度提高。并使材料的疲劳性能不受微动作用的影响。涂层—胶粘—干涉组合是防止铆接件产生微动损伤的有效措施;喷丸—涂层—胶粘—干涉组合是防止螺接件产生微动损伤的有效措施。     

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。     

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。     

基于损伤力学的飞机铆接结构疲劳损伤分析

将损伤力学-有限元方法应用于飞机襟翼蒙皮铆接结构的改进设计中,得到了结构改进前后的疲劳损伤演化过程和疲劳寿命,并通过分析损伤场的演化来研究铆接细节的改进对于铆接结构疲劳性能的影响;对改进前后的铆接试验件进行疲劳试验,并与损伤力学方法分析结果进行比较,验证了方法的正确性。     

基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型

建立了一种基于连接介质损伤力学(CDM)的高温微动疲劳寿命预测模型用以分析航空发动机榫连接结构在不同温度下的微动疲劳寿命。该模型在现有的基于非线性疲劳损伤累积(NLCD)模型微动疲劳寿命预测模型的基础上,引入温度相关的损伤速率因子以考虑温度对榫连接结构微动疲劳行为的影响。以某型发动机钛合金TC11燕尾榫结构模拟件为研究对象开展不同温度下的微动疲劳寿命数值模拟预测研究,预测结果与试验结果相比在2倍误差范围以内,证明了此寿命预测模型的有效性。      

铆接工艺参数对孔边细观结构影响规律研究

铆接结构的疲劳寿命在很大程度上取决于孔边的微裂纹及其扩展,而铆接工艺参数对微裂纹的萌生与扩展影响显著。从细观角度分析铆接工艺参数对孔边细观结构的影响,探索铆接工艺参数对孔边细观结构的影响规律。采用试验方法,构建孔边细观结构表征参数,选择壁板与墩头和钉杆接触处圆角半径(MR)、孔边塑性层厚度(Md、MD)为表征的3个参数,分别研究了铆接工艺参数压铆力(Riveting Force)、镦铆过程时间(Riveting Process Time)、上铆头空腔(Upper Riveting Cavity)对孔边细观结构表征参数的影响规律。通过铆接工艺参数对孔边细观结构影响规律的研究,在装配连接时通过控制工艺参数实现对细观结构的改善,进而提高铆接结构的疲劳性能。     

基于非线性连续介质损伤力学方法的微动疲劳寿命预测

微动损伤被称为“工业癌症”,为了更加准确预测微动疲劳寿命,本文提出了一种基于多轴非线性连续介质损伤力学(NLCD)模型的微动疲劳寿命预测方法.该方法在Chaboche NLCD模型基础上,引入临界等效塑性应变幅对其进行改进,得到了适用于微动疲劳的NLCD改进模型,对桥式光滑试件和燕尾榫结构模拟件分别进行了微动疲劳寿命预测,与文献试验结果误差分散带在2倍因子之内,且预测裂纹萌生位置与试验吻合良好,验证了本文方法的有效性.     

航空工业中的微动损伤及研究概况

本文介绍飞机及发动机中出现的微动损伤概况。飞机构件实验室实验中约有90％的破坏均发生在有微动环境处,微动作用使材料的疲劳强度降低了30～80％。本文还介绍了微动损伤的典型特征。     

单向加载疲劳机上燕尾形榫联接微动损伤试验件设计

 利用变摩擦系数接触边界元方法,对等厚盘燕尾形榫联接表面的接触参数进行了计算分析。并依据其计算结果以及对分离出的榫头／榫槽的受力分析,设计一种在单向加载疲劳机上进行模拟实际工况的燕尾形榫联接微动损伤试验的试验件,将该试验件应用于实际试验,得到了令人满意的结果。     

结合损伤力学与有限元方法预估铆接结构疲劳寿命

利用飞机铆接试验件疲劳试验数据,结合损伤力学与有限元方法,通过MATLAB调用ABAQUS进行损伤演化方程参数的遗传优化反演。将反演得到的损伤演化方程用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮锪窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,并与试验数据作对比,证明了方法的可行性。     

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。     

某型飞机球面框球皮搭接对缝结构优化

民用飞机结构必须在预期的使用寿命内具有高安全性和高可靠性。飞机结构疲劳设计的目标便是通过设计和疲劳强度分析等手段,使结构具有较好的疲劳性能。对结构进行抗疲劳设计,提高结构固有的疲劳特性,是实现疲劳设计目标的主要途径。针对某型飞机球面框球皮搭接对缝结构制定了结构优化设计方案,对原结构及优化方案的连接形式分别进行了有限元建模,求解连接结构中紧固件的载荷分布,并对原结构及优化结构进行了疲劳强度分析。然后使用NASGRO软件对原结构及优化结构疲劳危险细节进行了裂纹扩展分析,最后将原结构与优化结构的疲劳及损伤容限分析结果进行了对比,对比结果表明优化设计方案有效地提高了球皮搭接对缝结构的疲劳及损伤容限性能,并减少了结构重量以及维护的成本。     

基于DFR法的Al-Li-S4铝锂合金铆接结构疲劳可靠性分析

Al-Li-S4是新一代铝锂合金,常被用作机身材料,而铆接结构在飞机各个重要受力结构中也具有广泛的应用.为了研究Al-Li-S4铝锂合金铆接结构的疲劳性能,通过试验统计得到两种铆接结构的细节疲劳额定值(DFR),并借助扫描电镜观察其疲劳裂纹的萌生和扩展行为.结果表明:Al-Li-S4铝锂合金铆接搭接结构的DFR值为102.24 MPa,铆钉填充锪窝孔连接结构的DFR值为169.41 MPa;Al-Li-S4铝锂合金疲劳断口的分析表征其具有良好的抗疲劳损伤性能.研究结果可为新型民用飞机选材、疲劳设计和寿命评估提供参考.