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一种多钉铆接连接件的疲劳寿命分析方法

张天宇 何宇廷 陈涛 杜旭 谭翔飞 刘凯

张天宇, 何宇廷, 陈涛, 等 . 一种多钉铆接连接件的疲劳寿命分析方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(9): 1933-1940. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0689
引用本文: 张天宇, 何宇廷, 陈涛, 等 . 一种多钉铆接连接件的疲劳寿命分析方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(9): 1933-1940. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0689
ZHANG Tianyu, HE Yuting, CHEN Tao, et al. A fatigue life analysis method for multiple riveted joint[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(9): 1933-1940. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0689(in Chinese)
Citation: ZHANG Tianyu, HE Yuting, CHEN Tao, et al. A fatigue life analysis method for multiple riveted joint[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(9): 1933-1940. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0689(in Chinese)

一种多钉铆接连接件的疲劳寿命分析方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0689
详细信息
    作者简介:

    张天宇  男, 硕士研究生。主要研究方向:飞行器使用可靠性、安全性、健康监控与修复技术

    何宇廷  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:飞行器使用可靠性、安全性、健康监控与修复技术

    通讯作者:

    何宇廷.E-mail:heyut666@126.com

  • 中图分类号: TB332

A fatigue life analysis method for multiple riveted joint

More Information
  • 摘要:

    针对目前对多钉铆接连接件进行疲劳寿命分析时的可行性不高、计算量较大等问题,提出一种更加有效可靠的预测多钉铆接连接件的疲劳寿命的方法。对多钉铆接连接件进行疲劳寿命分析时,先对压铆铆接过程进行了显示动力学分析,获得铆接后的钉、孔变形形式和干涉量,并编写了APDL子程序用于各种形式试件的铆接过程分析。用紧固件的载荷-位移曲线进行细节应力分析。基于三维弹塑性有限元法建立铆接连接件的载荷-位移计算方法,并通过与试验结果对比,说明用本文方法获取载荷-位移曲线的可靠性。在ANSYS中建立钉单元,并实现参数化建模进行钉载计算。使用应力严重系数法估算连接件疲劳寿命。开展典型航空铆接连接件疲劳试验,计算结果与试验结果一致性较好,说明计算方法的可行性。

     

  • 图 1  铆钉几何模型

    Figure 1.  Geometric model of rivets

    图 2  铆接简化模型

    Figure 2.  Simplified model of riveting

    图 3  沙漏能与内能的比值

    Figure 3.  Ratio of hourglass energy to internal energys

    图 4  半圆头铆钉铆接过程应力分布

    Figure 4.  Stress distribution in riveting process of semicircular head rivet

    图 5  铆接后塑性应变分布

    Figure 5.  Plastic strain distribution after riveting

    图 6  镦头部位网格变形

    Figure 6.  Grid deformation of heading positon

    图 7  铆接过程有限元分析参数化

    Figure 7.  Parametric finite element analysis of riveting process

    图 8  铆钉连接件几何模型

    Figure 8.  Rivet connection geometric model

    图 9  边界条件

    Figure 9.  Boundary conditions

    图 10  模型局部应力和变形

    Figure 10.  Stress and deformation of part of model

    图 11  P=0 N时x方向应力分布

    Figure 11.  Stress distribution along x direction when P=0 N

    图 12  P-δ曲线计算结果与试验结果对比

    Figure 12.  Comparison of P-δ curves between calculated and experimental results

    图 13  钉单元示意图

    Figure 13.  Schematic diagram of rivet unit

    图 14  钉单元受力情况

    Figure 14.  Loading situation of rivet unit

    图 15  细节应力分析系统流程图

    Figure 15.  Detailed stress analysis system flowchart

    图 16  试件结构形式与尺寸

    Figure 16.  Structure form and dimension of specimen

    图 17  有限元模型及各钉位置

    Figure 17.  Finite element model and position of rivets

    图 18  防弯夹具

    Figure 18.  Anti-bending fixture

    图 19  试件断裂部位

    Figure 19.  Fracture parts of specimen

    表  1  TB2-1钛合金基本力学性能参数

    Table  1.   Basic mechanical property parameters of TB2-1 titanium alloy

    力学性能参数 数值
    弹性模量/MPa 85 000
    泊松比 0.33
    密度/(kg·m-3) 4.83
    屈服强度/MPa 880
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    表  2  疲劳试验结果与计算结果

    Table  2.   Fatigue test results and computing results

    组别 中值疲劳寿命/cycles 计算与试验结果相对误差/%
    试验结果 计算结果
    1 192 909 169 489 12.14
    2 72 598 64 937 10.55
    3 41 271 35 886 13.05
    4 277 469 312 001 12.45
    5 121 505 140 670 15.77
    6 52 113 59 389 13.96
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-06
  • 录用日期:  2017-11-13
  • 刊出日期:  2018-09-20

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