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铆钉倾斜度及贴合面间隙对铆接结构疲劳性能影响研究

铆钉倾斜度及贴合面间隙对铆接结构疲劳性能影响研究

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作者：董猛沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

飞机在运行过程中,产生大量的复杂振动,对飞机壁板的连接部件产生疲劳破坏,从而降低连接件的安全性和使用寿命。而铆接是壁板连接中常用的连接方式,其铆接质量决定了飞机壁板的可靠性。铆接质量的影响因素有多种,其中铆钉倾斜度及贴合... 详细信息

飞机在运行过程中,产生大量的复杂振动,对飞机壁板的连接部件产生疲劳破坏,从而降低连接件的安全性和使用寿命。而铆接是壁板连接中常用的连接方式,其铆接质量决定了飞机壁板的可靠性。铆接质量的影响因素有多种,其中铆钉倾斜度及贴合面间隙对铆接件的疲劳性能影响,还未展开深入的分析。本文针对复杂振动状态下的飞机壁板的铆接件,采用ABAQUS仿真软件建立单钉铆接结构的有限元模型,分析铆钉倾斜和贴合面存在间隙的情况下,铆接件疲劳性能的变化。首先对单钉铆接结构的有限元模型进行压铆分析,提取压铆变形后的墩头尺寸、压铆力-压铆量数据,对有限元仿真数据和相关文献的实验数据进行单因素误差分析,验证单钉铆接结构有限元模型的有效性。将单钉铆接结构有限元模型作为基础模型,以铆钉倾斜度为单一变量,建立铆钉倾斜度0°、0.5°、1.0°、1.5°的四组铆接模型;以贴合面间隙为单一变量,建立贴合面间隙为0mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm的四组铆接模型。通过有限元软件对铆接模型进行压铆和横向拉伸,基于仿真结果,分析铆钉倾斜度及贴合面间隙对铆钉变形及应力的影响。结果表明,当铆钉倾斜度增大时,铆钉产生不对称变形,倾斜方向的墩头偏大,铆钉和连接孔周接触部位的应力集中加剧;当贴合面间隙增大时,墩头形状呈现高度变低,两侧变宽的变化,铆钉和连接孔周接触部位应力集中加剧。测量铆钉实际工作环境下的疲劳载荷谱,结合铆接模型的有限元分析结果,通过FEA-SAFE对铆钉疲劳寿命展开分析,探究铆钉倾斜度及贴合面间隙对铆钉疲劳寿命的影响。结果表明,铆钉倾斜度在0°～1.5°范围内时,铆钉疲劳寿命不断下降,且下降斜率逐渐变小,当铆钉倾斜度大于0.5,铆钉最低疲劳寿命降至126765以下,呈缓慢下降趋势;贴合面间隙在0mm～0.6mm范围内,铆钉疲劳寿命不断下降,在0.4mm～0.6mm范围内,铆钉最低疲劳寿命在8649以下,此范围内铆钉已不具备服役性能。

关键词：壁板铆接件铆钉倾斜度贴合面间隙疲劳性能有限元仿真

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