高鎖螺栓干涉安裝及其對螺接結構力學性能的影響.pdf

1、飛機結構疲勞破壞有85％發(fā)生在鉚接和螺接等機械連接部位，干涉配合（過盈）是有效提高飛機機械連接結構疲勞壽命的工藝措施。飛機裝配中，對于如何科學恰當?shù)剡M行高鎖螺栓干涉安裝，尚缺乏理論指導。本文借助理論分析、有限元模擬和試驗驗證的手段，對高鎖螺栓干涉連接問題進行系統(tǒng)研究，分析并揭示干涉安裝工藝參數(shù)對凸瘤、殘余應力和螺接結構力學性能的影響規(guī)律。
　　第一章論述了干涉強化技術應用概況，詳細分析了干涉配合安裝和螺栓連接結構承載力學性能的研究

2、現(xiàn)狀，指出了螺栓干涉連接研究的不足，進而給出了本文的主要研究內(nèi)容和總體框架。
　　第二章將螺栓視為彈性體，進行干涉配合理論分析。借助彈塑性力學中厚壁筒理論，在彈性范圍內(nèi)，推導了板件孔壁接觸應力及最大彈性干涉量公式;在彈塑性范圍內(nèi)，建立了塑性區(qū)尺寸和干涉量的關系式。另外，建立了單板干涉安裝有限元模型，通過實例，將理論解和有限元結果進行了對比分析，相對誤差在可接受范圍內(nèi)。
　　第三章建立了高鎖螺栓干涉安裝的二維軸對稱有限元模型，

3、對一定干涉量范圍內(nèi)的螺栓靜態(tài)壓入過程進行了模擬和試驗研究，通過對比壓入力和凸瘤等，驗證了有限元模型的正確性。分析并獲得了安裝后應力分布和孔變形（孔壁彎曲和凸瘤）隨干涉量的變化規(guī)律。通過應力分析，揭示了試驗件孔周壓痕以及出口凸瘤處裂紋現(xiàn)象的科學實質(zhì)。針對M8高鎖螺栓在鋁合金疊層結構上的安裝問題，綜合分析應力分布和孔出口凸瘤尺寸，給出了干涉量應控制在2％以內(nèi)的應用原則。
　　第四章研究了干涉安裝工藝參數(shù)對凸瘤和壓入力的影響。運用滑移線

4、場理論對凸瘤的產(chǎn)生進行了定性分析;通過有限元方法模擬了高鎖螺栓干涉安裝中凸瘤的形成過程。分析了干涉量、摩擦系數(shù)、頂鐵中孔直徑、孔出口倒角、預壓緊力等工藝參數(shù)對凸瘤的影響，獲得了減小凸瘤的最佳工藝參數(shù)取值。另外，研究并揭示了干涉量、板件厚度、螺栓導入部幾何形狀、摩擦條件等工藝因素對壓入力的影響規(guī)律。
　　第五章研究了干涉量對安裝殘余應力的影響。假設應力分布均勻、無應力集中時干涉量為最佳，分析了高鎖螺栓干涉安裝后的疊層板孔壁和底面孔周

5、殘余應力變化，獲得干涉安裝最佳干涉量。另外，研究了干涉螺栓壓入后孔壁和疊層結合面孔周環(huán)向（切向)殘余應力分布，揭示了環(huán)向應力隨干涉量的變化規(guī)律。
　　第六章為了更加直觀地分析干涉安裝對螺接結構力學性能的影響，建立了三維有限元模型，對螺栓干涉安裝和結構承載過程進行了連續(xù)模擬。設計制作了單剪疊層連接試驗件，進行了高鎖螺栓干涉配合壓入、螺母擰緊、結構有限次循環(huán)拉伸試驗;通過對比壓入力和拉伸階段應變等，驗證了有限元模型的正確性。以干涉量為