沉头螺接复合材料接头失效预测强度包线法

多钉连接复合材料接头设计分析中,常用强度包线来预测其强度与失效模式。目前所使用的强度包线法只适用于凸头螺接结构,无法应用于沉头螺接结构。该文建立了带衬套沉头螺接复合材料接头有限元模型,对3钉连接结构进行了拉伸性能分析,并通过试验结果验证了模型的有效性,然后用该模型对衬套的作用进行了研究。在此基础上,提出了适用于沉头螺栓复合材料连接结构强度和失效模式预测的强度包线法。结果表明:使用衬套比仅采用螺杆过盈装配能够明显减慢孔边损伤扩展速率,避免接头各钉载的比例在拉伸过程中剧烈变化;引入衬套能提高接头的承载能力和刚度,其2%偏移载荷、极限载荷和刚度比不带衬套接头分别提高了14.08%、5.21%和6.04%。通过计算少量单钉螺接接头的损伤情况,便可以绘制出相应参数多钉连接结构的新型强度包线。利用新型强度包线,能准确预测沉头和凸头螺接接头的强度和失效模式。

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。

空心加压埋头螺钉内固定治疗MasonⅡ、Ⅲ型桡骨头骨折

目的探讨空心加压埋头螺钉内固定治疗MasonⅡ、Ⅲ型桡骨头骨折的疗效。方法采用空心加压埋头螺钉内固定治疗46例MasonⅡ、Ⅲ型桡骨头骨折患者。记录骨折复位情况、骨折愈合时间、术后并发症发生情况、肘关节活动度。采用Broberg-Morrey评分标准评价肘关节功能。结果患者均获得随访,时间12~36个月。骨折解剖复位35例,功能复位11例。骨折均愈合,时间12~24周。术后无骨折移位、桡神经深支损伤、特异性炎症、关节不稳、疼痛和骨折畸形愈合等并发症发生。末次随访时,肘关节屈曲120°~140°、过伸5°~10°;前臂旋前80°~90°、旋后80°~90°;采用Broberg-Morrey评分标准评价肘关节功能:优29例,良13例,可4例,优良率为91.3%。结论空心加压埋头螺钉内固定治疗MasonⅡ、Ⅲ型桡骨头骨折,具有创伤小、安全性高、骨折固定稳固、患者可早期恢复肘关节功能、并发症少、无需取出内固定的优点。

沉头螺栓锪窝误差对复合材料连接结构承载性能影响分析

沉头螺栓作为现代飞机复合材料结构中的一种重要连接形式,其锪窝精度与装配质量直接影响结构服役性能。沉头螺栓因其能够保证连接结构表面齐平度,被广泛应用于飞机复合材料连接结构中。由于工艺和结构限制,锪窝角度误差和深度误差通常是不可避免的,并且对连接结构力学特性和承载能力造成影响。针对以上问题,本文开展了沉头螺栓锪窝几何误差对复合材料连接接头承载机理与强度影响研究。在角度误差、偏转方向误差以及深度误差定义分析的基础上,开展了不同误差下的加载试验并进行了显微分析。通过对加载曲线和界面形貌的分析,揭示了不同误差下的结构损伤机理和接头失效载荷,探究了锪窝几何误差对复合材料沉头螺栓单搭接接头力学行为的影响,为沉头螺栓在复合材料连接结构中的高效工程应用提供理论依据。

基于ANSYS Workbench和HyperWorks的航空沉头螺钉动力学分析与参数化研究

为探究某航天工程应用中沉头螺钉的断裂失效行为,开展了对沉头螺钉的动力学分析与参数化研究。通过SolidWorks建立了沉头螺钉的三维模型,并导入ANSYS Workbench和HyperWorks两类有限元分析软件中,分析并验证了不同网格划分方式、网格大小和约束位置对沉头螺钉最大应力的影响程度。基于有限元分析结果,在ANSYS Workbench中研究了十字槽深度、同轴度、沉头角度和圆角半径对沉头螺钉最大应力的影响规律及各参数的灵敏度。研究结果表明:采用两类有限元分析软件得到的应力结果基本一致,仅相差0.1%。采用ANSYS Workbench时的计算效率更高,沉头螺钉的最大应力位置发生在头杆结合处的过渡圆角处,与实际断裂位置完全一致;相比十字槽深度、沉头角度和圆角半径,同轴度参数对最大应力的影响更明显。该分析结果可为工程技术人员预判沉头断裂影响因素及优化结构提供重要参考。

飞机V形结构复合材料双面埋头铆钉压铆技术

针对飞机常见V形结构复合材料双面埋头铆钉压铆问题,提出一种变厚度非均匀万向压铆系统。首先进行飞机V形结构复合材料装配建模分析与双面埋头钛铆钉斜面铆接技术分析。在此基础上进行变厚度非均匀万向压铆系统设计,并采用ANSYS软件进行仿真,最后设计相关试验进行验证。V形试板压铆试验结果表明,采用该系统后压铆前后经无损检测均未产生复合材料分层的情况。在飞机产品应用中压铆合格率能够达到90%以上,压铆成型质量稳定,产品表面质量高,操作简单便捷。

复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构拉伸性能

通过ABAQUS软件建立三维累积损伤有限元模型,计算复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构的条件挤压载荷,并对其损伤机理与破坏过程进行分析;选用适合该类结构层板的损伤判据与衰减准则进行验证。计算获得的初始挤压破坏载荷与实验结果吻合良好,说明所建模型的有效性。在此基础上,分析了接触面摩擦、螺栓刚度和连接金属板刚度等因素对连接结构拉伸性能的影响。结果表明:接触面摩擦因数和螺栓刚度对结构拉伸性能的影响较为明显,金属板刚度的影响很小。

沉头单钉连接层合板拉伸试验与分析

为了研究复合材料层合板沉头单钉螺接结构的拉伸性能,对试验件进行了拉伸试验,并通过ABAQUS/Standard基于Hashin失效判据建立了三维渐进损伤有限元模型,计算得到的条件挤压载荷、极限挤压载荷均与试验吻合良好,说明了所建模型的有效性。在此有限元模型的基础上,分析了挤压过程中钉孔的渐进损伤过程,并且研究了螺栓的拧紧力矩、钉孔间隙和连接金属板厚度等因素对结构拉伸强度的影响。结果表明:拧紧力矩在一定范围内可以提高结构强度,并且抑制了分层损伤的出现;钉孔间隙则改变了钉孔初始接触状态,显著地降低结构的强度,而金属板厚度对结构的强度影响较小。

复合材料层板沉头连接钉载分配影响因素研究

通过ABAQUS软件建立了多钉沉头螺栓连接三维有限元模型,对复合材料层合板与金属板多钉连接结构进行拉伸性能分析,计算了沉头连接的钉载分配情况,并就钉孔间隙、螺栓扭矩、沉头比等因素对钉载分配的影响进行分析。结果表明:与凸头连接相比,多钉沉头连接对钉载分配有一定的改善作用;钉孔间隙和螺栓刚度对钉载分配影响显著,螺栓扭矩和金属板刚度对钉载分配有一定的影响,但并不明显;摩擦和沉头比对钉载分配的影响可以忽略不计。

微创锥孔引流对脑深部自发性出血的疗效评价

目的探讨脑深部中量自发性出血微创锥孔引流的疗效。方法选取我院神经内、外科同期收治的58例脑深部中量自发性出血患者,在常规综合治疗的基础上分为两组,治疗组28例行微创锥孔置管外引流术,保守治疗的30例患者作为对照组,从血肿引流吸收、神经功能缺损等方面进行比较。结果治疗组在血肿引流吸收时间、神经功能缺损改善时间差异均明显低于对照组(P<0.05),临床神经功能缺损评分显效率为89.3%,高于对照组的63.3%(P<0.05)。结论微创锥孔置管引流术具有迅速引流血肿、减轻继发损伤、挽救神经功能等优点,对于脑深部中量自发性出血患者可明显缩短治疗、住院时间,有效改善神经功能缺损,提高临床疗效。

复合材料层合板沉头多钉连接钉载分配研究

沉头螺栓连接因具有改善钉载分配不均匀性,保持结构表面光滑等优点,在飞行器复合材料表面结构连接中得到了广泛应用。但是国内外对于沉头连接钉载分配却少有研究,通过ABAQUS软件建立复合材料层合板与金属沉头螺栓多钉连接三维有限元模型,计算沉头连接的钉载分配情况。对比凸头连接的载荷分配结果发现:沉头连接对钉载分配有一定的改善作用,且金属板厚度的改变对沉头螺栓载荷分配影响很小。

3D位姿估计结合阻抗控制的沉孔装配

面向长圆轴零件与沉孔零件的自动装配需求,针对装配中任意位置和姿态的零件柔顺装配的问题,研究了3D视觉和力觉结合的柔顺装配策略。在3D视觉定位方法中,提出了一种沉孔零件位姿估计的算法:首先使用超体素分割和约束平面分割(Constrained Planar Cuts,CPC)聚类完成点云数据的预处理,再利用基于权重的随机采样一致性(Weightbased Random Sample Consensus,WRANSAC)平面拟合完成平面定位,通过沉孔的轮廓提取与圆拟合估计装配位置。在力觉方法中,采用阻抗控制实现零件的柔顺装配。实验结果表明:本文提出的WRANSAC平面拟合算法的平均距离误差Δd可以达到0.09 mm,角度误差Δθ可以达到1.8°;3D空间中沉孔位姿的角度误差为1.0°,可实现配合间隙为0.5 mm的零件的装配。装配策略满足沉孔装配对精度及柔顺的要求。

复合材料层合板沉头螺栓接头拉伸性能试验与有限元仿真

根据ASTM标准设计了复合材料沉头螺栓单钉单搭接头拉伸性能试样,并完成试验件的制备和挤压性能试验。试验过程中采用非接触全场应变测量系统(VIC-3D)对载荷-位移曲线、表面应变场、沉头板上表面面外位移等试验数据进行了采集。基于Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit模块建立了复材接头单向拉伸的静力隐式和动力显式三维有限元模型,利用模型搭接区域的变形对试验结果进行验证。采用静力隐式算法所得接头挤压刚度和层合板上表面末端面外位移与试验值的误差分别为14.4%和20.5%;采用动力显式算法所得接头挤压刚度和层合板上表面末端面外位移与试验值的误差分别为13.1%和11.9%。采用动力显式算法精度较高,而且其在接触建模时稳健性很强,可用于后续多钉连接接头以及整体壁板等大型复杂结构建模。

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。

关节镜下埋头钉内固定术治疗距骨骨折疗效观察

目的探讨关节镜下埋头钉内固定术治疗距骨骨折的临床效果。方法选取2015年1月至2018年12月在怀集县人民医院骨科治疗的48例距骨骨折患者进行研究,采用随机数表法将患者分为观察组和对照组,每组24例。观察组行关节镜下距骨骨折埋头钉内固定术,对照组行传统切开复位内固定术治疗,术后3个月评价临床疗效,并比较两组患者术前、术后踝关节功能、骨折愈合时间、住院时间和并发症发生情况。结果观察组患者的治疗总有效率为91.67%,明显高于对照组的66.67%,差异有统计学意义(P<0.05);对照组和观察组患者术前的踝关节功能评分(AOFAS)分别为(42.08±4.29)分、(41.75±5.31)分,差异无统计学意义(P>0.05);术后两组患者的AOFAS评分均明显高于术前,且观察组明显高于对照组[(66.28±7.51)分vs(53.04±6.79)分],差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者骨折愈合时间及住院时间分别为(3.19±1.04)个月,(3.57±0.97)d,明显短于对照组的(4.18±1.25)个月,(8.28±2.54)d,差异均有统计学意义(P<0.05);对照组患者的并发症总发生率为20.83%,略高于观察组的8.33%,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论关节腔镜下埋头钉内固定术治疗距骨骨折较传统切开复位内固定术更能明显提高患者的疗效,改善踝关节功能,缩短骨折愈合时间及住院时间,且不增加并发症发生率。

日本钢桥高强度螺栓病害处治与新型螺栓研究

高强度螺栓连接是日本钢结构桥梁常用的连接形式,对日本钢桥用高强度螺栓病害处治措施及新型螺栓研发应用进行介绍。结合日本2座钢结构桥梁工程实例,对高强度螺栓断裂、掉落和索夹螺栓轴力减小等病害原因进行分析,为确保桥梁安全运营,对全部螺栓进行了补拧与更换。针对螺栓生锈、腐蚀,开发了新型防腐涂层材料SZ工法,该工法选择锌作为高强度螺栓表面的牺牲防腐保护膜,试验及应用结果表明防腐效果较好。延迟断裂是高强度螺栓常见病害,研发了耐延迟断裂优质钢及螺栓,改善耐氢脆化特性,并在此基础上研发了超高强度高可靠性(FS)螺栓,室外暴露试验证明,FS螺栓具有优越的耐延迟破坏性能。针对钢桥面板连接接头处凹凸不平现象,开发了高强度沉头螺栓,并在实际工程中应用。

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。

胸骨肿瘤切除后钉孔钛网重建胸骨3例临床分析

目的探讨胸骨肿瘤切除后用BioMesh。钉孔钛网重建胸骨的可行性和安全性。方法3例胸骨肿瘤患者行胸骨肿瘤切除术后，用钉孔钛网重建胸骨。结果3例患者均手术成功，早期脱离呼吸机，未出现反常呼吸运动，随访6个月-3年，未出现肿瘤复发。结论胸骨肿瘤切除后用BioMesh。钉孔钛网重建胸骨是安全可行的。

碳纤维增强复合材料沉头螺栓搭接结构强度及渐进损伤分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)因其优异的力学性能在航空工业中得到了广泛的应用,评估复合材料沉头螺栓连接结构的极限承载和损伤扩展对航空器连接结构的经济性和安全性意义重大。本文首先创建复合材料沉头螺栓搭接三维模型,并采用虚拟热变形法施加螺栓预紧力,然后利用Fortran语言编写VUMAT用户自定义程序,将所选的刚度退化模式与3D Hashin失效准则嵌入渐进损伤模型中,建立有限元损伤预测模型,研究不同搭接端距对复合材料沉头螺栓连接结构失效的影响。研究结果表明:搭接端距主要影响连接结构的剪切强度,端距越小,其极限承载强度越小,当搭接端径比达到2.5时,极限承载强度随着端径比的增大变化较小;基体拉伸损伤首先出现在最底层的0°铺层,纤维压缩损伤首先出现在锪孔和直孔转折处,失效单元沿施载方向扩展至自由边界失效。

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。