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沉头螺栓干涉配合的工艺参数优化

沉头螺栓干涉配合的工艺参数优化

作者：雷金山浙江大学

学位级别：硕士

一架飞机的寿命主要取决于机身结构连接部位的疲劳寿命,而螺栓干涉连接作为干涉强化技术的一种,可以通过工艺手段有效提升紧固件的疲劳强度,进而避免疲劳破坏的发生,提高飞机的使用寿命。但目前沉头螺栓干涉安装相关的研究较为分散,实... 详细信息

一架飞机的寿命主要取决于机身结构连接部位的疲劳寿命,而螺栓干涉连接作为干涉强化技术的一种,可以通过工艺手段有效提升紧固件的疲劳强度,进而避免疲劳破坏的发生,提高飞机的使用寿命。但目前沉头螺栓干涉安装相关的研究较为分散,实际的安装工作缺乏系统的理论和试验指导。本文通过理论研究以及有限元方法对沉头螺栓干涉安装过程进行了全面系统的分析,得出了不同工艺参数对安装过程中凸瘤、残余应力的影响规律,并给出了最佳工艺参数取值。本文概述了螺栓连接疲劳研究的国内外研究现状,以及干涉强化技术,特别是干涉配合铆接和干涉螺栓连接的研究和应用概况,提出了螺栓干涉连接现有研究的不足,并以此为基础给出了本文的主要研究内容。干涉安装完成后,叠层板上残余环向应力的分布和性质对该部位疲劳裂纹的形成有着重大影响。本文将螺栓视为弹性体并应用厚壁圆筒理论,在弹性变形以及弹塑性变形范围内分别推导了板件上环向应力与板件半径以及安装干涉量的关系式。最后建立螺栓干涉安装的有限元模型,通过对比分析有限元以及理论公式的结果,进行了理论公式的验证。根据建立的二维轴对称有限元模型,模拟了不同干涉量下的沉头螺栓静态压入过程,并分析了安装后结构应力场分布以及叠层板孔壁变形和凸瘤形成随干涉量的变化规律。残余应力的分布对结构疲劳强度有着重大影响,因此本文以建立的有限元模型为基础,研究了不同干涉量对安装完成后叠层板孔壁和叠层板底面残余应力的影响,随后着重分析了叠层板孔壁以及上下层板结合面上的残余环向应力分布随干涉量的变化规律。最后在以上研究基础之上给出了实际飞机装配工程中沉头螺栓干涉安装的最佳干涉量范围。沉头螺栓干涉安装中产生的凸瘤容易成为应力集中源,并在结构承受交变载荷后产生疲劳裂纹,降低结构疲劳寿命。本文通过有限元方法研究了不同工艺参数如干涉量、沉头角度、锪窝深度等对凸瘤大小的影响,并运用正交试验法分析了对凸瘤大小影响最大的几个工艺参数,得到了可以指导实际安装工作的多因素工艺参数的最优组合。

关键词：沉头螺栓干涉安装干涉量有限元分析环向应力凸瘤

带台阶式齿轮槽钛合金沉头螺栓镦制成形仿真优化

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锻压技术 2022年第5期47卷 57-64页

作者：张晓斌吴昂单垄垄吴琳琅杨知硕林磊高畅徐昊柳思成航天精工股份有限公司天津制造分公司天津300300 天津市紧固连接技术企业重点实验室天津300300

针对带台阶式齿轮槽钛合金100°沉头螺栓镦制过程易出现冲针套台阶断裂失效的问题,进行Deform-3D有限元仿真优化,通过改变预成形坯件结构来改善精冲终成形时的受力情况,以达到延长精冲模使用寿命的目的。结果表明:将原成形方案改为沉头... 详细信息

针对带台阶式齿轮槽钛合金100°沉头螺栓镦制过程易出现冲针套台阶断裂失效的问题,进行Deform-3D有限元仿真优化,通过改变预成形坯件结构来改善精冲终成形时的受力情况,以达到延长精冲模使用寿命的目的。结果表明:将原成形方案改为沉头带锥孔的方案,可以改变终成形时材料与冲针套台阶的接触顺序,减小冲针套台阶与材料的接触时间和其所受应力,缩小冲针套台阶的应力集中区域;通过仿真得出优化成形方案,即最佳成形参数为α=100°、d=Φ8.5 mm和β=140°。最后,根据实际镦制情况对仿真得出的参数进行了调整,调整后的最佳成形参数为α=100°、d=Φ6.5 mm和β=140°,并且在该参数下得到了较好的成形结果,验证了该方案的可行性。

关键词：沉头螺栓预成形齿轮槽冲针套镦制成形

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30CrMnSiA钢沉头螺栓断裂失效分析

金属热处理 2021年第3期46卷 223-228页

作者：于海华严海燕张敬彤王宇魁黄智勇邬建新魏振伟航空工业陕西飞机工业(集团)有限公司陕西汉中723200 中国航发北京航空材料研究院北京100095

某飞机用30CrMnSiA钢沉头螺栓在拆卸过程中发生断裂,同炉批未曾使用的螺栓经磁粉检测也存在裂纹。为查找失效分析原因,通过对断裂件和同炉批开裂的螺栓外观检查、断口宏微观分析、能谱分析、硬度检测、金相分析等方法对断裂和开裂的螺... 详细信息

某飞机用30CrMnSiA钢沉头螺栓在拆卸过程中发生断裂,同炉批未曾使用的螺栓经磁粉检测也存在裂纹。为查找失效分析原因,通过对断裂件和同炉批开裂的螺栓外观检查、断口宏微观分析、能谱分析、硬度检测、金相分析等方法对断裂和开裂的螺栓进行了分析。结果表明:断裂螺栓和开裂螺栓断裂类型为氢脆,螺栓氢脆断裂主要与抗拉强度和热处理工艺有关,通过改善热处理工艺参数,适当降低螺栓的强度,增加酸洗后的除氢时间降低氢含量,从而避免氢脆发生的可能性。

关键词： 30CrMnSiA钢沉头螺栓氢脆断裂失效分析

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复合材料层合板沉头螺栓连接研究进展

航空制造技术 2012年第18期55卷 75-78页

作者：孙永波程小全张纪奎北京航空航天大学航空科学与工程学院

随着复合材料在航空航天等领域的广泛应用,复合材料沉头螺栓连接研究受到了工程界的关注,但是在实际工程中仅通过数值方法或试验方法难以给出有效的结果。而通过将数值模拟技术与试验方法相结合,可以有效地分析出沉头螺栓连接各因素对... 详细信息

随着复合材料在航空航天等领域的广泛应用,复合材料沉头螺栓连接研究受到了工程界的关注,但是在实际工程中仅通过数值方法或试验方法难以给出有效的结果。而通过将数值模拟技术与试验方法相结合,可以有效地分析出沉头螺栓连接各因素对载荷分布和力学性能的影响。这对于实际工程中提高复合材料沉头螺栓连接的结构效率有着非常重要的意义。

关键词：沉头螺栓结构效率复合材料层合板载荷分布荷载分布分布(力学) 铺层试验件钉载分配厚度方向复合材料结构

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复合材料层合板沉头螺栓连接结构失效机制

飞机设计 2021年第4期41卷 74-80页

作者：孙颖臧旭乔静侯赤空装驻沈阳地区军事代表局驻沈阳地区第一军事代表室辽宁沈阳110850 西北工业大学陕西西安710072

为研究层合板沉头螺栓连接结构失效机制,采用单搭接连接结构,选择合适的退化方式及失效判据,建立三维有限元模型,针对单钉、双钉、三钉连接结构研究紧固件数目以及不同镬窝角度对连接结构强度与疲劳寿命的影响。仿真结果与试验基本吻合... 详细信息

为研究层合板沉头螺栓连接结构失效机制,采用单搭接连接结构,选择合适的退化方式及失效判据,建立三维有限元模型,针对单钉、双钉、三钉连接结构研究紧固件数目以及不同镬窝角度对连接结构强度与疲劳寿命的影响。仿真结果与试验基本吻合,在考虑紧固件失效时,结果表明:沉头螺栓在刚度上有一定优势,其较大的螺栓头对层合有面外约束,可以抑制单搭接结构次弯曲,从而提高连接刚度。从紧固件数目和沉头角度对静强度的影响上来看,在沉头角度一定的时候,极限载荷基本与钉数成正比。在钉数相同的时候,沉头角度对极限载荷的影响并不明显,镬窝没有显著降低极限载荷,而且在刚度上还有所提升。从疲劳寿命的对比可见,沉头角越小疲劳寿命越大。从影响因素来看,预紧力对沉头螺栓连接影响很小,小端距结构会出现边缘效应,层合板端部易出现损伤。

关键词：复合材料层合板螺栓连接连接强度疲劳寿命沉头螺栓

激光选区熔化成形铝合金板与CFRP复合材料层合板螺栓连接结构失效分析方法评估

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复合材料学报 2017年第12期34卷 2762-2769页

作者：崔浩闫群王向明毕世权王新峰航空工业沈阳飞机设计研究所沈阳110035 南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

对激光选区熔化成形(SLM)铝合金板与碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料层合板两列四排沉头螺栓单剪连接件在拉伸载荷作用下进行了数值分析和试验研究。基于渐进损伤法的三维有限元模型准确地预测了连接件材料损伤萌生和演变,对比试验和三... 详细信息

对激光选区熔化成形(SLM)铝合金板与碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料层合板两列四排沉头螺栓单剪连接件在拉伸载荷作用下进行了数值分析和试验研究。基于渐进损伤法的三维有限元模型准确地预测了连接件材料损伤萌生和演变,对比试验和三维有限元所得钉载比例、极限载荷及失效模式,可以发现,通过拟合SLM铝合金板断裂应变和应力三轴度曲线,编写UMAT子程序引入韧性准则和Hashin失效准则的三维有限元模型预测的连接件失效载荷与试验值误差仅为1.9%,且失效模式均为净截面拉断,两者吻合,此方法可以满足工程精度要求。利用经过验证的数值模型,分别预测了SLM铝合金板和CFRP层合板损伤演变过程,并分析了SLM铝合金板刚度对连接结构失效模式的影响,当SLM铝合金板厚度增大到4mm时,连接结构失效模式由SLM铝合金板净截面拉断转移到CFRP层合板上。

关键词：复合材料沉头螺栓渐进损伤韧性准则 Hashin准则 UMAT

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日本钢桥高强度螺栓病害处治与新型螺栓研究

世界桥梁 2021年第4期49卷 98-105页

作者：陈开利(编译) 叶庆旱中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050

高强度螺栓连接是日本钢结构桥梁常用的连接形式,对日本钢桥用高强度螺栓病害处治措施及新型螺栓研发应用进行介绍。结合日本2座钢结构桥梁工程实例,对高强度螺栓断裂、掉落和索夹螺栓轴力减小等病害原因进行分析,为确保桥梁安全运营,... 详细信息

高强度螺栓连接是日本钢结构桥梁常用的连接形式,对日本钢桥用高强度螺栓病害处治措施及新型螺栓研发应用进行介绍。结合日本2座钢结构桥梁工程实例,对高强度螺栓断裂、掉落和索夹螺栓轴力减小等病害原因进行分析,为确保桥梁安全运营,对全部螺栓进行了补拧与更换。针对螺栓生锈、腐蚀,开发了新型防腐涂层材料SZ工法,该工法选择锌作为高强度螺栓表面的牺牲防腐保护膜,试验及应用结果表明防腐效果较好。延迟断裂是高强度螺栓常见病害,研发了耐延迟断裂优质钢及螺栓,改善耐氢脆化特性,并在此基础上研发了超高强度高可靠性(FS)螺栓,室外暴露试验证明,FS螺栓具有优越的耐延迟破坏性能。针对钢桥面板连接接头处凹凸不平现象,开发了高强度沉头螺栓,并在实际工程中应用。

关键词：钢桥高强度螺栓病害处治延迟断裂防腐技术超高强度螺栓沉头螺栓

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钉头对复合材料单搭接结构破坏模式影响研究

机械强度 2014年第5期36卷 734-738页

作者：刘建明万小朋王文智西北工业大学航空学院西安710072

为了研究单搭接螺栓连接结构的承载特性及钉头形式对其影响,进行了单搭接连接件的拉伸试验与数值模拟仿真,试验结果表明:钉头形式对连接结构失效模式影响较大,凸头螺栓连接件的层合板只有挤压破坏,沉头螺栓连接件主要为净截面拉伸破坏;... 详细信息

为了研究单搭接螺栓连接结构的承载特性及钉头形式对其影响,进行了单搭接连接件的拉伸试验与数值模拟仿真,试验结果表明:钉头形式对连接结构失效模式影响较大,凸头螺栓连接件的层合板只有挤压破坏,沉头螺栓连接件主要为净截面拉伸破坏;数值分析采用面内失效和层间分层失效的渐进失效方法建立三维模型,计算结果显示凸头螺栓连接件在层合板孔边附近出现了严重的纤维损伤和挤压分层损伤,而沉头螺栓连接件层合板的净截面应变明显偏大导致拉伸破坏,计算结果与试验结果吻合良好。

关键词：复合材料沉头螺栓单搭接拉伸试验有限元模型

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螺栓倒稜加工方法的改进

机车车辆工艺 1965年第3期 25-26页

作者：朱芳林李义林哈尔滨工厂

六角头螺栓(图1),圆沉头螺栓(图2),半圆头方颈螺栓(图3),是车辆检修生产中批量较大的几种零件. 哈尔滨车辆工厂刘维福等同志在原有机床上利用旧废材料试制成功一套倒稜简易装备.此装备的特点制作简单,使用方便,可直接安装在普通车床上,... 详细信息

六角头螺栓(图1),圆沉头螺栓(图2),半圆头方颈螺栓(图3),是车辆检修生产中批量较大的几种零件. 哈尔滨车辆工厂刘维福等同志在原有机床上利用旧废材料试制成功一套倒稜简易装备.此装备的特点制作简单,使用方便,可直接安装在普通车床上,根据螺栓直径和种类不同,调节刀盘及调换夹具即可加工各种规格的螺栓.由于新方法可以不停车装卸,因而效率较前提高了一倍以上,减轻了松卡工件的劳动

关键词：圆柱销切刀刀座沉头螺栓送料机构