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飞机工业中铆接实践现状用及新铆接静力失效研讨

来历:工程与实验 作者:赵洪伟
发布于:2021-04-29 共4946字

铆工技师龙8精选范文第四篇:飞机工业中铆接实践现状用及新铆接静力失效研讨

  摘要:铆接是现在飞机上运用最为广泛、影响其可靠性和强度的关键问题。本文对当时的铆接实践和新的铆接静力失效研讨进行回忆,以期对产生缺点的潜在机制有透彻的了解。本文回忆了传统铆接静强度的现状,找出了导致铆接接头静态失效的首要要素;评论了铆接制作参数和二次曲折对铆接搭接接头静强度的影响,回忆了处理静态失效的最新处理计划。此外,还评论了铆接技能的新发展,包含不同资料的运用和铆接工艺,并展望了工业铆接的研讨和运用远景。

  关键词:铆接; 静力失效; 工艺参数;

  Abstract:Riveting is the most widely used in aircraft,which affects its reliability and strength. The purpose of this paper is to make a practical review of current riveting practice and the new riveting static failure research,so as to have a thorough understanding of the potential mechanism of defects. In the paper,the status of traditional riveting static strength is reviewed,and the main factors affecting the static failure of riveted joints are found out. The effects of manufacturing parameters and secondary bending on the static strength of riveted lap joints are discussed,and the latest solutions to static failure are reviewed. In addition,the new development of riveting technology,including the use of different materials and riveting process,is also discussed. Finally,the research and application prospects of industrial riveting are prospected.

  Keyword:riveting; static failure; processing parameter;

铆工

  1 导言

  飞机是一个极端杂乱的体系,由各种资料、形状和尺度的结构组成。与联接进程相关的部分包含机头、后机身、尾翼和机翼等,这些组件需求在出产的最终阶段进行拼装。现在,铆接仍然是首要的联接办法。在某些运用场景中,能够结合粘接和铆接技能来进步联接强度,如机身与蒙皮之间的薄板粘接铆接,面板结构蒙皮接合处的粘接铆接,以及尾翼翼板中的薄板纵梁粘接铆接[1]等。

  为了深化了解铆接缺点,本文总述了飞机工业中铆接静力失效研讨的最新进展。首要剖析了各种办法的特色和局限性,在此基础上,详细介绍了实践运用中的关键技能,包含理论研讨、实验研讨的最新进展。最终,对未来的研讨提出了主张。

  2 铆接接头静强度研讨

  2.1 传统铆接的静强度

  近年来,对铆接接头静强度的研讨首要会集在传统铆接接头和新式铆接结构的影响要素上,包含铆接混合接头和电磁铆接结构。图1所示为铆接结构静强度影响要素之间的杂乱联络。现在的研讨首要会集在挤压力对铆钉装置后剩余应力应变散布和二次曲折应力的影响。Huan等[6]进行了单列静心铆接搭接接头的实验,研讨挤压力对铆接接头静态功能的影响。跟着拉伸载荷逐步增大,接头刚度逐步变小,而挤压力对接头刚度的影响不明显,但较大的挤压力导致接头静强度减小。其原因是挤压力越大,孔周剩余应力越大,孔周最大主应力由初始压应力变为拉应力,随后,静强度变弱。

  图1 铆接结构静强度影响要素之间的联络

  挤压力是影响铆接接头质量的关键要素。铆接接头静力功能的一个定论是,较大的挤压力导致接头的静态功能更好[7,8].确认挤压力值时,应归纳考虑铆接接头的静强度。研讨成果表明,跟着挤压力添加,接头的静强度略有下降。实验成果仅给出了定性的定论,挤压力与静强度之间的定量联络尚不清楚。在静态受力状态下,受力状态下的静态功能需求操控在必定的范围内。此外,还需求研讨其他影响要素,如外表触摸。现在,挤压力对接头静强度、载荷传递、孔周应力场趋势以及拉伸载荷效果下二次曲折应力的影响尚不清楚。

  2.2 现在铆接结构静力失效处理办法

  铆接接头静强度失效的处理办法首要从规范、猜测模型、运用环境和混合接头展开。规范是考虑工程运用给出的处理计划。猜测模型是根据基础理论和剖析的铆接结构静力损坏猜测办法。运用环境是研讨铆接接头外部实验失效形式要素。混合接头是一种新的联接办法,是一种改善铆接接头静态功能的处理计划。

  为处理金属铆接接头的静态失效问题,拟定了相关的静强度规划规范。Manes等[5]以为,铆钉和孔上(轴向载荷)给出的最大静强度是金属资料紧固件规划进程中的教导规范。

  为猜测铆接接头失效,提出了接头的静强度表征技能,特别是根据工程实践运用的半解析猜测办法[4].在这些半解析模型中,剩余应力、制作变量等规划参数起主导效果,应归纳考虑,并经过实验取得各种经历。如:(1)铆钉固守时孔胀大引起的板材剩余应力对接头静强度有明显影响[4];(2)挤压力和公役补偿了极限强度下降;(3)在FML中,薄板在接受较大变形的情况下,极限强度下降可达25%以上;(4)在薄板厚度与铆钉直径的小比值下,铆钉在失效形式下的效果需求进一步注重。

  除接头要素的影响外,外载荷也被视为影响接头静强度功能的重要要素。在某些情况下,单铆钉强度有限,无法满意强度要求,因而混合接头成为新式结构联接。Chowdhury等[1]经过一系列实验发现,混合接头的长处大于粘结接头和铆接接头的长处。此外,他们得出定论,相对较薄的结构倾向于运用混合接头联接,特别是在修正工作中。

  尽管已引进了半剖析猜测模型等猜测技能,但现在仍存在必定的局限性,总结如下:(1)现在的研讨仅限于挤压力对铆钉装置后剩余应力/应变散布和二次曲折应力的影响。(2)挤压力对接头静强度、荷载传递、孔周应力场趋势和拉伸载荷效果下的二次曲折应力的影响尚不清楚。(3)传统铆接工艺中影响静强度的其它要素,如二次曲折应力和载荷传递,没有有用的研讨。(4)新式接头,即混合接头和电磁铆接接头,其特性、影响要素、铆接资料和铆接工艺等方面的研讨还不行深化。

  3 新式铆接静强度研讨

  3.1 新结构

  新结构指的是混合接头,如粘接铆接接头(如图2所示)。与铆接接头比较,混合接头优势较多,如接连密封才能、更高的强度、更高的刚度及更好的抗剥离和抗冲击功能[11].铆接接头的损坏进程呈非线性,只要在到达最大载荷后才会产生损坏。粘接的承载才能高于铆接,与载荷呈线性联络,粘接接头在到达最大载荷后直接失效。比较之下,混合接头的承载才能高于铆接接头和粘接接头,在到达最大承载才能后不会直接失效,因而具有两种单一类型接头的长处。Chaudhari等[9]得出定论,与铆接接头和粘接比较,混合接头能够接受更高的载荷。将粘接后的混合接头引进铆接,其静强度功能优于单铆接接头。此外,在飞机结构修补中,混合联接比粘接联接更有用。相似的定论也能够在其他文献中找到[10].

  现在,混合接头的运用仅限于飞机结构修补,在飞机安装和制作中的运用并不多[11,12].此外,对混合接头影响要素的研讨较少,对混合接头影响要素的研讨还有待进一步深化。

  图2 混合接头实例

  3.2 新工艺和新资料

  因为钛合金和复合资料对强度分量比的要求很高,钛合金和复合资料在航空工业中得到了广泛的运用。新资料成形难度大,这给铆接工艺带来了应战。电磁铆接技能,特别是低压便携式电磁铆接机发展迅速,运用广泛[3].

  钛合金能够明显进步铆接接头的静强度,考虑到钛合金铆钉难以成形,需选用电磁铆接技能来完成铆接成形[2],电磁感应也能为钛合金铆钉的成形供给满意的挤压力。图3所示为电磁铆接在钛合金及复合资料结构中的运用,传统的铆接工艺因为干与的不均匀性,在铆钉成形进程中简单形成复合资料结构严峻的分层损害,约束了其在复合资料结构联接中的运用。为了削减损害,现在复合资料结构首要选用螺栓联接而非铆接,这导致结构超重,本钱进步。电磁铆接具有干与均匀的长处,能够经过削减铆接损害来完成复合资料结构的铆接,明显下降接头的分量和本钱。

  图3 电磁铆接在钛合金及复合资料结构中的运用[2]

  Zhang等[13]用F6 mm钛合金铆钉进行了电磁铆接实验,并剖析了接头的静强度特性。高速变形的驱动头别离能接受9.9k N的剪切载荷和12.5k N的拔出载荷,接头具有较高的过盈合作质量。电磁铆接工艺能够在环境温度下用于难变形资料铆接[13].

  相关学者对新式资料和结构接头的静强度进行了深化研讨。但是,因为铆接中引进了新资料、新结构和新工艺,对影响接头静强度的要素还需求进行定量的研讨。

  4 总结与未来研讨

  4.1 小结

  与轿车工业等民用范畴比较,航空铆接技能发展相对缓慢。推进铆接技能发展的要素是资料,为满意新资料的联接要求,传统的铆接技能有待改善,这使得电磁铆接技能和主动铆接技能取得了长足发展。本文在回忆铆接技能发展的基础上,对铆接技能发展中存在的问题进行了研讨和讨论。

  (1)对铆接的各种影响要素,如规划参数、制作变量、载荷传递、剩余应力、二次曲折应力等的研讨多为定性研讨,这些定性研讨相对完好。但是,因为影响铆接静强度的要素较多,且影响要素的机理杂乱,对相应要素和静强度的定量研讨较少,定量研讨大多是针对特定的资料、条件和工艺进行的。

  (2)跟着新资料、新铆钉结构和新铆接技能的引进,一些新的影响要素如温度等也被引进飞机制作和安装中。新要素与原铆接影响要素的耦合效应尚没有深化研讨。

  (3)在飞机修补中,混合联接尤其是粘接/铆接接头被引进飞机补片中。混合接头的静力特性有待进一步研讨,尤其是在有粘接的情况下,铆接要素对接头静力功能的影响还没有得到充分考虑。

  4.2 未来研讨

  未来的研讨工作或许会集在:(1)铆接系数与接头静力功能的定量联络;(2)新资料和混合资料(包含钛合金、纤维增强复合资料和金属纤维层压板)在新铆接工艺下的静态功能表征;(3)混合接头的静态特性。

  参考文献

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  [4]W. J. Slagter. Static Strength of Riveted Joints in Fibre Metal Laminates[D]. Delft University of Technonloy,1994.

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  [13]X. Zhang,M. Zhang,L. Sun,et al. Numerical simulation and experimental investigations on TA1 titanium alloy rivet in electromagnetic riveting[J]. Archives of Civil&Mechanical Engineering,2018,18(3):887-901.

作者单位:我国飞机强度研讨所 西安交通大学机械工程学院
原文出处:赵洪伟.飞机安装中铆接结构静力失效研讨进展[J].工程与实验,2020,60(04):5-7.
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