【摘 要】
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螺栓连接是飞机上采用的主要连接方式之一,并且是飞机结构疲劳破坏的主要发生部位。干涉配合强化可以有效提高结构的疲劳寿命,而高锁螺栓则是通过与孔间产生干涉提高结构疲劳强度。所以,航空航天领域大量应用高锁螺栓进行连接。但是,在使用中发现高锁螺栓干涉连接存在使连接板产生凸瘤,不能应用于复合材料连接板等问题。为此,本文设计了新型高锁螺栓,并借助理论分析与有限元仿真相结合的方法,对新型高锁螺栓干涉安装及其影响
【基金项目】
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中央军委总装备部预研管理中心(41423050201);
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螺栓连接是飞机上采用的主要连接方式之一,并且是飞机结构疲劳破坏的主要发生部位。干涉配合强化可以有效提高结构的疲劳寿命,而高锁螺栓则是通过与孔间产生干涉提高结构疲劳强度。所以,航空航天领域大量应用高锁螺栓进行连接。但是,在使用中发现高锁螺栓干涉连接存在使连接板产生凸瘤,不能应用于复合材料连接板等问题。为此,本文设计了新型高锁螺栓,并借助理论分析与有限元仿真相结合的方法,对新型高锁螺栓干涉安装及其影响因素进行了系统的研究,得出了新型高锁螺栓干涉安装工艺参量的最佳取值范围、合理的制造工艺与制造偏差对干涉连接质量的影响规律。本文综述了课题相关的国内外发展状况,并且以此为基础做了如下几方面的研究:(1)设计了新型高锁螺栓连接结构,定义了连接结构中的干涉量,并基于此结构建立新型高锁螺栓干涉安装模型,对干涉安装过程进行受力分析。同时用理论分析方法求出高锁螺栓拉入安装方式时高锁螺母拧断力矩可提供的轴向力。从干涉安装后孔壁应力分布特征及受载时应力幅特征两个方面分析新型高锁螺栓干涉强化机理。(2)运用有限元仿真的方法研究了安装干涉量与设计干涉量间的关系,并给出了极限的设计干涉量范围。建立新型高锁螺栓干涉安装二维轴对称有限元模型,通过对比不同连接板材料安装后衬套的伸长量大小、衬套与孔壁接触应力和实际干涉量的均匀性,得出连接板材料对结构最佳设计干涉量的影响规律。(3)运用有限元仿真的方法得出了结构的最佳的设计干涉量,并且分析了新型高锁螺栓干涉安装过程中高锁螺栓杆部润滑状态、顶铁中心孔半径、被连接板层数与厚度与安装方式对安装质量的影响规律。(4)利用SWT等效应力方法分析了高锁螺栓头下拐角处采用滚压工艺对结构疲劳强度的影响。基于新型高锁螺栓干涉安装有限元模型,分析制造过程产生的高锁螺栓与衬套间配合、衬套与孔间配合的偏差对干涉连接质量的影响。
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