運輸類飛機(jī)在墜撞沖擊載荷下,連接結(jié)構(gòu)失效是結(jié)構(gòu)失效的主要形式之一。在機(jī)身墜撞試驗中,連接結(jié)構(gòu)易受到不同速度、不同角度的沖擊力而導(dǎo)致失效,研究不同加載速度和加載角度下鉚接結(jié)構(gòu)失效特性對適墜性研究有重要作用,連接結(jié)構(gòu)的建模方法會極大影響整體模型的仿真精度。本文選取墜撞試驗中機(jī)身結(jié)構(gòu)連接處發(fā)生失效的鉚釘,進(jìn)行鉚釘和鉚接結(jié)構(gòu)的失效試驗,分析鉚接結(jié)構(gòu)的失效特性,研究鉚接結(jié)構(gòu)有限元建模分析方法。選取失效部位處沉頭鉚釘和扁圓頭鉚釘進(jìn)行不同加載速度和加載角度的動態(tài)試驗。失效模式主要受加載角度的影響,發(fā)生釘頭拉脫失效和釘桿剪斷;加載速度對沉頭鉚釘復(fù)合加載試驗和扁圓頭鉚釘各角度的失效載荷影響可以忽略,沉頭鉚釘?shù)募兝旌图兗羟械氖лd荷與加載速度呈線性關(guān)系;建立兩種鉚釘?shù)氖?不同加載速度下的沉頭鉚釘需修正最大拉伸載荷和最大剪切載荷,扁圓頭鉚釘失效面沒有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)�？紤]連接母材的影響,進(jìn)行了不同連接厚度和加載角度的鉚接結(jié)構(gòu)復(fù)合加載試驗。加載角度對失效模式的影響較大,并且隨著連接件厚度的減少,鉚釘更易發(fā)生拉脫失效。但在釘桿剪斷時,失效載荷和失效位移受連接件厚度影響較小。鉚接結(jié)構(gòu)的失效面隨著連接厚度的增... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

試驗變形情況和模擬結(jié)果

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文2我國對于民用飛機(jī)適墜性的研究工作起步較晚。航空工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度研究所[8]于2012年首次進(jìn)行了民機(jī)典型機(jī)身框段墜撞試驗，試驗中發(fā)生大量的鉚釘失效行為，包括鉚釘剪斷、鉚釘拉斷、基材拉脫。馮振宇等[9]人在2019年進(jìn)行了典型運輸類飛機(jī)三框兩段全尺寸貨艙地板下部結(jié)構(gòu)3.95m/s的墜撞試驗，見圖1-2，發(fā)現(xiàn)在沖擊載荷作用下，所有的高鎖螺栓未發(fā)生失效，在機(jī)身框與蒙皮連接處、剪切角片和長桁連接處發(fā)生了鉚釘?shù)募魯嗪屠瓟�。圖1-2機(jī)身框段中鉚釘?shù)氖壳霸诿裼蔑w機(jī)結(jié)構(gòu)動強(qiáng)度研究中，數(shù)值模擬占據(jù)著日益重要的地位，而數(shù)值模擬的精度在很大程度上既依賴于鉚釘力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性又取決于其建模方法，但是目前航空鉚釘?shù)氖ЯW(xué)性能參數(shù)還很匱乏，用于動力學(xué)計算的鉚釘建模方法也不成熟，大大影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于鉚接形式的仿真較為流行的方法是采用剛體約束單元在鉚釘連接處進(jìn)行剛性連接，或者采用梁單元或者彈簧單元與約束單元相結(jié)合的方法來建立模型[5]。也有學(xué)者考慮采用精細(xì)化的3D實體單元進(jìn)行建模[10]，但是需要消耗大量的計算時間，并不適用于大型結(jié)構(gòu)件的墜撞試驗數(shù)值分析。目前國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和研究人員對于適墜性的研究主要集中在結(jié)構(gòu)件的吸能研究上，對于結(jié)構(gòu)連接的失效和建模仿真分析研究較少，在對機(jī)身結(jié)構(gòu)抗墜撞特性仿真分析時，主要采用的是工程簡化方法，往往忽略連接結(jié)構(gòu)的失效特性，并且由于缺乏試驗數(shù)據(jù)的對比分析，導(dǎo)致仿真與試驗結(jié)果的誤差較大，導(dǎo)致在設(shè)計和適航審定階段，仿真分析難以對試驗形成有效的補(bǔ)充和支持。因此基于準(zhǔn)確鉚釘力學(xué)參數(shù)的鉚接結(jié)構(gòu)模型研究對于長桁鉚釘剪斷鉚釘拉斷剪切角片蒙皮

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文4效試驗，結(jié)果表明加載速率對連接結(jié)構(gòu)的失效載荷影響不大，但隨著加載速率的提高，鉚釘破壞過程吸收的能量逐漸增大，在不同加載速率下結(jié)構(gòu)的失效模式也不同。BertrandL[[26]發(fā)現(xiàn)在純剪切失效模式下，鉚釘動態(tài)失效載荷隨著加載速率的增加而增加。國內(nèi)對于民用飛機(jī)的適墜性研究才剛剛起步，探討加載速度對連接結(jié)構(gòu)失效特性影響的較少。楊沛[27]等人通過對7種不同類別的鉚釘?shù)臏?zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)試驗的剪切強(qiáng)度進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)鉚釘強(qiáng)度在動態(tài)載荷下強(qiáng)化效應(yīng)明顯，預(yù)緊力的存在增強(qiáng)了鉚釘?shù)募羟袕?qiáng)度。解江[28]等人通過研究6類航空鉚釘?shù)膭討B(tài)加載試驗，表明鉚釘?shù)膭討B(tài)失效載荷和加載速度呈對數(shù)關(guān)系，不同角度的加載試驗鉚釘發(fā)生拉脫和剪斷兩種不同的失效模式并構(gòu)建了鉚釘?shù)氖П緲?gòu)關(guān)系。綜上可知加載速度對連接結(jié)構(gòu)失效特性的影響受連接構(gòu)型、連接材料、加載方式等多種因素的影響。不同受載方式下，連接結(jié)構(gòu)的失效特性區(qū)別較大。因此對于特定的材料和連接結(jié)構(gòu)需要設(shè)計專門的試驗進(jìn)行分析。1.3連接結(jié)構(gòu)建模仿真在大型結(jié)構(gòu)模型中，連接結(jié)構(gòu)的建�？梢圆捎脛傂赃B接、梁單元、實體單元、約束單元等多種建模方法[29]，見圖1-3。圖1-3不同的連接結(jié)構(gòu)建模方法1.3.1剛性連接和可變形梁單元剛性連接即對連接位置的兩個節(jié)點進(jìn)行剛性約束，但只進(jìn)行上下兩個節(jié)點的約束會導(dǎo)致模擬的連接剛度較大，有不少學(xué)者進(jìn)行了優(yōu)化。高書娜[30]等人比較了單個剛體連接、多個剛體連接、傘狀有孔剛體連接等不同的建模方法對汽車上點焊連接進(jìn)行模擬，通過對車身分析模態(tài)和實驗?zāi)B(tài)對比，表明單個剛體連接的模擬結(jié)果更好。后有學(xué)者將剛性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]航空薄壁件鉚接變形分析及預(yù)測研究[D]. 殷俊清.西北工業(yè)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]單搭接件力學(xué)性能研究[D]. 黃慶概.浙江大學(xué) 2016
[2]基于耐撞性無鉚釘鉚接接頭建模方法研究[D]. 周璐瑤.吉林大學(xué) 2014
[3]電磁鉚接鉚釘變形及鉚模結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究[D]. 郭鴦鴦.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3540023