锪窝圆角半径对CFRP/Al机械连接结构力学性能影响

碳纤维增强复合材料(CFRP)和铝合金(Al)因其优异的机械/物理性能,广泛应用于新一代商用飞机.CFRP/Al沉头螺栓连接结构是重要的连接形式,其中锪窝圆角半径影响了机械连接性能.研究中设计制造不同锪窝圆角的钻锪一体刀具对锪窝圆角尺寸进行控制,并采用基于复合材料渐进损伤模型的有限元仿真方法对不同锪窝圆角半径连接结构力学性能进行仿真和试验研究,分析了CFRP/Al叠层机械连接失效机理.结果表明,利用钻锪一体锪窝钻头可以有效控制锪窝圆角;锪窝位于CFRP层相比于位于铝合金层有着更大的极限强度;CFRP和铝合金材料均在锪窝圆角半径为1.0 mm时具有最大的极限载荷,即锪窝圆角略大于螺栓圆角有利于获得更好的机械连接性能.

CFRP沉头孔锪窝深度误差对连接性能的影响

沉头螺栓连接能保证结构良好的气动外形,常被应用于飞机蒙皮等结构。沉头孔的制备过程中,由于设备条件限制,会导致锪窝深度误差较大,给复合材料叠层结构带来隐患。针对这一问题,结合有限元仿真分析进行单钉单剪的静拉伸试验,研究锪窝深度误差对CFRP连接性能的影响。结果表明:对比于齐平状态的标准窝深值,锪窝较浅对静强度影响较小,较深则会导致结构的静强度下降,且锪窝越深,静强度下降越快。

钛合金大孔径高精度半自动锪窝技术研究

作为在航空航天等领域获得广泛应用的一种难加工材料,钛合金的高效切削一直是全球航空工业生产和科学研究的主要课题。对于飞机制造中钛合金大孔径锪窝,传统手工锪窝能力不足,无法实现;设备锪窝能力可满足需求,但其在圆弧型面上锪窝时定位过程复杂,难以满足锪窝效率;半自动制孔工具制孔能力强,精度高,稳定性好,可依靠工装实现孔径轴向定位。因此,本文从半自动锪窝可行性、窝深精度控制和窝径同轴度控制三方面制定技术方案,通过应用场景试验确定技术参数,并在产品上进行实际应用,实现了大孔径难加工材料的高效率和高质量的稳定锪窝。

工业机器人自动钻孔及锪窝一体化加工

为了提高工业机器人制孔的位姿精度,控制锪窝深度误差,利用激光跟踪仪跟踪机器人位姿,获得位姿偏差,并对机器人位姿偏差进行补偿,提高机器人制孔的位姿精度;利用光栅尺构成闭环控制系统,将制孔过程中机器人与工件变形引起的误差补偿到制孔刀具的进刀位置,从而保证埋头螺栓孔的锪窝深度.采用该跟踪、补偿系统在平面试验件和曲面试验件上进行了工业机器人制孔位置精度和锪窝深度补偿加工试验.结果表明,机器人的位置精度和角度精度达到0.05mm和0.05°,锪窝深度误差控制在0.03mm以内.

基于压脚位移补偿的机器人制孔锪窝深度控制

为了解决机器人自动制孔过程中由于飞机壁板变形和振动引起的锪窝深度控制问题,提出将终端执行器压脚位移作为实时补偿信号的制孔进给轴全闭环控制系统设计方法;根据制孔过程中压脚振动的实际频率特性,引入低通滤波器,考虑飞机壁板锪窝深度精度要求确定截止频率,有效抑制压脚高频振荡对进给轴位置精度的影响,保证锪窝深度以及加工孔的表面质量.在材料为铝合金的圆弧工件和平面工件上,分别加工直径为5.8和9.8mm的孔.实验结果表明,该系统可将加工孔的锪窝深度误差控制在0.02mm以内,表面粗糙度达到0.8μm.

飞机谱载下铝合金锪窝孔结构腐蚀疲劳研究

通过战斗机谱载下7475-T761铝合金紧固孔试件空气与3.5％NaCl环境中的疲劳试验和断口分析,得到了相应结构疲劳全寿命和孔边角裂纹的裂纹长度-寿命数据.通过三维有限元分析得到了孔边角裂纹的应力强度因子.采用我们新近发展的三维疲劳寿命分析软件,基于材料裂纹扩展基准曲线和一组直通孔实验数据,对锪窝孔结构角裂纹的疲劳和腐蚀疲劳扩展寿命进行了预测.结果表明,提出的基于三维断裂力学的寿命预测方法和软件对复杂结构的全寿命有精确的预测能力,比传统的局部应变法优越,可适用于复杂环境下三维结构的疲劳寿命分析.

锪窝孔边扇形角裂纹应力强度因子的三维有限元分析

根据航空等领域内锪窝铆接及锪窝锣接构件的典型结构特征 ,采用三维的十节点四面体等参有限单元模型 ,分别对无裂纹及孔边含裂纹锪窝孔 /直通孔结构进行了模拟分析 ;得到了锪窝孔构件的危险部位及90°,1 2 0°锪窝孔边扇形角裂纹的应力强度因子 ,给出了覆盖面广的计算曲线 ;通过对计算结果的分析 ,讨论了裂纹长度、孔径以及板厚等因素对应力强度因子的影响。和已有的文献比较表明 ,本文数值结果精确 ,方法可靠。

铆钉填充锪窝孔边角裂纹应力强度因子分析

采用工程有限元软件ANSYS建立含铆钉填充锪窝孔板有限元模型,计算了不含铆钉填充的锪窝孔边单侧扇形角裂纹、含铆钉填充净配合锪窝孔边单侧扇形角裂纹和含铆钉填充锪窝孔在不同干涉量下孔边单侧扇形角裂纹前缘的应力强度因子的值,分析了铆钉与锪窝孔干涉配合量对孔边裂纹前缘应力强度因子的影响规律,给出了铆钉与锪窝孔干涉配合时的最佳配合量及有效干涉量范围,为铆钉设计提供了参考数据和指导性建议,对于铆接结构设计具有重要的工程实用价值。

锪窝及凹模对无头铆钉电磁铆接变形的影响

无头铆钉具有钉杆成形均匀、连接结构的疲劳寿命高和铆钉自身密封性能好等优点,广泛应用于航空航天领域。针对无头铆钉电磁铆接过程中的成形质量控制问题,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,运用宏观和微观分析手段,研究了锪窝结构及铆模型式对电磁铆接无头铆钉变形及干涉量的影响规律。研究结果表明:采用锪窝结构及凹型铆模能有效减小镦头45°方向剪切效应,使其变形均匀,无明显剪切带产生;相比于平头铆模,凹型铆模可有效限制材料的径向流动,更有利于提高钉杆干涉量;采用锪窝结构及凹型铆模时钉杆干涉量标准系数CV值较小,干涉量分布更加均匀。

单细节锪窝铆接结构疲劳特性有限元分析

锪窝铆接结构是航空工程中常用的一种连接形式,锪窝孔边常常会萌生疲劳裂纹,因此研究锪窝铆接结构的疲劳特性有着重要的工程意义。应用ABAQUS软件建立单细节锪窝铆接结构有限元模型,对其进行应力分析,给出铆钉干涉量与结构最大应力水平之间的关系。同时将应力分析结果导入到MSC.Fatigue中利用名义应力法计算得到模型的孔边细节疲劳寿命。通过计算不同干涉量下的结构疲劳寿命,研究干涉配合对锪窝铆接结构疲劳特性的影响规律,给出最佳干涉范围,对铆接结构耐久性分析具有重要的工程参考价值。

2524-T3铝合金铆钉填充锪窝孔疲劳特性研究

2524-T3铝合金被认为是目前综合性能最好的飞机蒙皮用铝合金,研究其在疲劳载荷状态下的力学性能对材料的安全使用具有重要的意义。通过疲劳试验研究2524-T3铝合金铆钉填充锪窝孔试样在一种典型应力比、不同载荷水平下的疲劳性能,得到铆钉填充锪窝孔试样疲劳裂纹寿命的p-S-N曲线,同时借助扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。研究结果表明:2524-T3铝合金铆钉填充锪窝孔试样具有良好的抗疲劳损伤性能;在指定疲劳寿命条件为3×106周次下,试样在室温轴向疲劳加载条件下的条件疲劳极限为108MPa;疲劳断口由疲劳源区、裂纹扩展区及瞬断区组成。

带锪窝紧固件孔边三维多裂纹扩展的计算分析

多孔元件是飞机结构中常见的结构细节,起始于多个紧固件孔边的多条三维裂纹的疲劳扩展预测是结构多部位损伤寿命评定的重点问题和技术难点。建立一种高效实用的三维多裂纹扩展数值分析方法,能够对萌生于带锪窝孔边的多条三维裂纹实施疲劳裂纹扩展中的有限元快速建模和自动网格更新,进行三维多裂纹扩展全程自动数值模拟,并利用净截面屈服作为判定最终失效的准则。通过单锪窝孔双边非对称裂纹两种开裂模式情况下的算例计算分析,并与试验实测结果对比,验证了本文扩展分析方法的有效性。

锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子的有限元分析

对锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子进行研究对提高结构安全性具有重要意义。根据飞机上常用的锪窝铆接典型结构,运用ANSYS软件对锪窝孔孔边角裂纹进行有限元分析,建立铆钉与锪窝孔接触模拟铆钉对锪窝孔的填充作用。计算得到含铆钉填充以及空孔时锪窝孔边不同裂纹尺寸下裂纹前缘的应力强度因子分布。对比分析结果表明:铆钉填充能显著降低锪窝孔边角裂纹的应力强度因子,提高结构寿命。

面向航空锪窝孔制孔质量的手持式视觉检测方法

飞机结构存在大量的标准连接孔,为了保证飞机装配质量,需要对锪窝孔的制孔质量进行检测。基于机器人或机床的视觉检测设备存在定位精度低、局部位置难到达、易受环境光影响等问题,提出了一种面向航空锪窝孔制孔质量的手持式视觉检测方法,开发了锪窝孔孔径及窝深的亚像素检测算法,设计了一种手持式视觉检测设备,对机械结构、硬件系统和软件系统进行了详细阐述。以航空结构标准试验件为对象,将本方法所测孔径和锪窝深度与第三方认证机构的测试结果进行了对比。结果表明,本方法孔径精度测量精度优于0.01 mm,锪窝深度测量精度优于0.1 mm。设计的手持式视觉检测设备检测精度高、应用范围广且不受环境光的影响。

锪窝钻的改进设计

通过复杂螺旋面钻尖设计方法导出锪窝钻钻尖内刃后角公式及内刃后角与内刃偏角的关系表达式 ,改进了锪窝钻的设计与制造。生产实践证明 ,改进后锪窝钻的切削性能及使用寿命显著提高。

结合面螺栓孔的反锪窝加工

设计了一种结合面螺栓孔的反锪窝夹具,解决了原有反锪窝工序所存在的问题。

碳纤维复合材料的锪窝质量控制技术研究

碳纤维复合材料(CFRP)在航空制造中应用范围正不断增大,目前应用在飞机上的复材状态多达10余种,长期以来,刀具质量和刀具寿命是影响CFRP锪窝的关键环节之一。由于使用的CFRP锪窝刀具种类繁杂,结构形式多样,同时缺少工艺操作规范,导致CFRP锪窝存在撕裂和毛边等质量问题。本文从刀具设计和刀具应用两方面开展试验研究,通过制定该刀具技术标准并探索工艺操作规范,消除目前飞机制造中面临的复材锪窝质量问题。

复合角度锪窝钻的磨削加工工艺

复合角度螺栓头组合锪窝钻是航空领域锪窝经常使用的一种刀具,该锪窝钻刃部采用复合角度硬质合金刀片焊接的形式,两个复合角度的交点处有尺寸要求,精度要求也较高,产品质量不易控制,因此,研究复合角度螺栓头组合锪窝钻的磨削加工工艺十分必要和迫切。

一种锪窝深度测量工具的设计

为满足锪窝深度测量对精度和经济性的要求,设计了一种简易的锪窝深度测量工具,具有设计制造简单、价格低、精度高、测量范围广的优点。详细阐述了锪窝深度测量工具的设计过程,从理论上分析了测量精度的影响因素,并进行了测量实验。结果表明:当工件表面为平面时,锪窝深度测量工具的精度与测量区域的平面度相当;当工件表面为曲面时,则视曲率半径大小,存在不同程度的误差;若已知工件表面的面形,可以通过补偿消除误差。

基于POS-SVM的高速锪窝钻装置的磨损量预测

针对接触表面磨损导致配合间隙变大,引起部件之间速度波动、机械振动,影响生产质量的问题,对高速锪窝钻装置齿形限位螺母圈和端面套筒间接触表面的磨损进行了研究。首先,依据Archard理论,结合有限元仿真技术,选取齿形限位螺母圈和端面套筒之间的配合间隙、相对滑动距离、表面摩擦系数、接触载荷为因素,磨损量为目标做了四因素五水平正交实验;其次,对正交实验结果作了极差分析,发现配合间隙和相对滑动距离对磨损量的影响最大;最后,利用PSO(粒子群优化算法)优化后的SVM(支持向量机)神经网络模型对齿形限位螺母圈和端面套筒间接触表面的磨损量进行预测,经过与BP神经网络、SVM神经网络预测的结果对比,发现PSO-SVM神经网络预测系统预测精度及稳定性较高,可用于摩擦副磨损量的预测。