加強(qiáng)板形狀對(duì)緊固件連接區(qū)疲勞壽命的影響

鄒玉亮+徐麗娜+尤天澤

摘 要 本文基于應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)的概念，對(duì)緊固件連接區(qū)的補(bǔ)強(qiáng)問題進(jìn)行了探討，并通過實(shí)際問題的計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，在對(duì)緊固件連接區(qū)使用加強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，端頭變厚度加強(qiáng)板的疲勞壽命明顯優(yōu)于普通加強(qiáng)板。

關(guān)鍵詞 應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)；疲勞壽命；加強(qiáng)板

中圖分類號(hào) V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）14-0038-01

飛機(jī)結(jié)構(gòu)是由無數(shù)個(gè)零部件，通過鉚釘、螺栓等緊固件連接而成的，所以對(duì)于緊固件連接區(qū)的疲勞壽命估算是飛機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)必不可少的一環(huán)。而工程生產(chǎn)或外場(chǎng)使用中經(jīng)常會(huì)遇到緊固件連接區(qū)出現(xiàn)磕碰、缺肉以及裂紋等情況。因此，為保證交付或使用，需對(duì)緊固件連接區(qū)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，除必須考慮其靜強(qiáng)度問題外，還需考慮其疲勞強(qiáng)度。一般補(bǔ)強(qiáng)的方式大多采用外接加強(qiáng)件。

本文基于應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)的概念，對(duì)外接加強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，所采用的加強(qiáng)板的形狀進(jìn)行了探討，并通過實(shí)際工程問題進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)法介紹

連接區(qū)所受載荷可分為兩部分：一部分為緊固件傳遞的載荷PS，另一部分為旁路通過的載荷PP。旁路載荷PP引起的最大局部應(yīng)力。式中Ktg為旁路毛面積應(yīng)力集中系數(shù)，t為板厚，W為板寬；緊固件傳遞載荷PS引起的局部應(yīng)力。式中Ktb為擠壓應(yīng)力引起的應(yīng)力集中系數(shù)，d為孔直徑，θ為擠壓應(yīng)力分布系數(shù)。孔的最大應(yīng)力為σ1、σ2之和，總應(yīng)力集中系數(shù)，式中σref為孔附近毛面積的名義應(yīng)力，Ktg、Ktb及θ可由相關(guān)資料查得[1-2]。

上式中，α為孔表面狀態(tài)系數(shù)；β為緊固件和連接板配合的填充系數(shù)。α和β一般由試驗(yàn)確定，若無合適數(shù)據(jù)時(shí)，也可查相關(guān)手冊(cè)[1]獲得。

經(jīng)過細(xì)節(jié)應(yīng)力分析，以及對(duì)各孔的旁路載荷和傳遞載荷的計(jì)算，就可以求得元件上孔的應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)，再結(jié)合S—N曲線和等壽命圖，便可進(jìn)行疲勞壽命的估算。同時(shí)，關(guān)于各孔的旁路載荷以及傳遞載荷的計(jì)算，一般通過矩陣力法或直接剛度法進(jìn)行計(jì)算[3]，本文不另作

介紹。

應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)表征孔邊最大局部應(yīng)力的大小，是一個(gè)無量綱系數(shù)，反應(yīng)了結(jié)構(gòu)疲勞品質(zhì)的優(yōu)劣。僅受結(jié)構(gòu)配置參數(shù)的影響，因此，可以把應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)看作應(yīng)力集中系數(shù)來進(jìn)行疲勞分析和壽命估算。在相同的名義應(yīng)力水平下，SSF越大的地方，越危險(xiǎn)，即疲勞壽命越短。

2 實(shí)際工程問題

3 結(jié)論

對(duì)于緊固件連接區(qū)的補(bǔ)強(qiáng)問題，采用端頭變厚度加強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，其疲勞壽命明顯優(yōu)于普通加強(qiáng)板。

參考文獻(xiàn)

[1]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第9冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.

[2]熊峻江.飛行器結(jié)構(gòu)疲勞與壽命設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[3]王煥定，祁皚.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.