飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析

連接設(shè)計(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第1頁(yè)簡(jiǎn)介連接作用是將載荷從一個(gè)結(jié)構(gòu)件傳遞到另外一個(gè)元件。連接由加強(qiáng)件、被加強(qiáng)件和緊固件組成，是結(jié)構(gòu)加強(qiáng)修理基本組成部分。作為基本結(jié)構(gòu)加強(qiáng)形式，連接是恢復(fù)因?yàn)閾p傷造成損壞結(jié)構(gòu)件原始載荷傳遞路徑基本方法。結(jié)構(gòu)修理連接需要滿足結(jié)構(gòu)修理設(shè)計(jì)要求——靜強(qiáng)度、耐久性和損傷容限。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第2頁(yè)第八節(jié)緊固件選取飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中緊固件類型選取英制飛機(jī)緊固件直徑都是以1/32英寸為單位遞增，同時(shí)以1/64英寸為單位提供加大直徑緊固件，最大能夠加大到3/64英寸。厚度小于0.08in構(gòu)件，用同類型同尺寸緊固件修理。厚度大于或等于0.08in構(gòu)件：假如原緊固件是鉚釘，則修理時(shí)使用1/32in過尺寸Hi-lok螺栓（孔和緊固件都加大1/32in）。假如原緊固件是Hi-lok螺栓，則修理時(shí)使用1/64in過尺寸Hi-lok螺栓（孔和緊固件都加大1/64in）。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第3頁(yè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中緊固件類型選取假如需要使用緊固件位置上沒有緊固件孔，依據(jù)以下準(zhǔn)則選取緊固件類型：選取與周圍部位相同緊固件類型和牌號(hào)。當(dāng)需要傳遞較高拉伸或剪切載荷時(shí)，通常采取螺栓類緊固件。鉚釘承拉能力低。當(dāng)需要緊固件承受較高拉力時(shí)，應(yīng)采取螺栓類緊固件。當(dāng)傳遞較低分布剪切載荷時(shí)，普通選取普通實(shí)芯鉚釘。當(dāng)做暫時(shí)性修理時(shí)，可在允許部位采取盲鉚釘。當(dāng)被連接件為合金鋼件時(shí)，應(yīng)采取鋼緊固件。不要在同一部位或同一行中混合使用不一樣類型緊固件。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第4頁(yè)選取螺栓時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題依據(jù)受力大小及狀態(tài)選取螺栓：當(dāng)螺栓主要承受拉伸載荷時(shí)，選取抗拉螺栓和螺帽。當(dāng)螺栓主要承受剪切載荷時(shí)，選取抗剪螺栓和螺帽，它們不能承受高拉伸載荷。鍍鎘螺栓和螺釘不能用于溫度超出450℉地方。螺栓與孔接觸面處應(yīng)無螺紋，不然易在孔邊產(chǎn)生疲勞裂紋。安裝干涉配合螺栓或銷釘時(shí)，要注意干涉量要求，普通在0.002~0.004in之間。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第5頁(yè)選取螺栓時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題對(duì)于承受高拉伸載荷螺栓，裝配時(shí)應(yīng)在螺栓頭下面和螺帽下面放墊圈。對(duì)于主要承力結(jié)構(gòu)連接，不要使用直徑小于0.25in螺栓和直徑小于3/16inHi-lok緊固件，因?yàn)樗鼈円桩a(chǎn)生拉伸屈服。當(dāng)需要借原螺栓孔時(shí)，普通應(yīng)擴(kuò)孔，將螺栓直徑加大1級(jí)。承受和傳遞動(dòng)載荷螺栓、螺帽，要有保險(xiǎn)辦法。在鋼、不銹鋼、鈦合金構(gòu)件上使用Hi-lok緊固件時(shí)，緊固件必須安裝在精絞孔中；鋁合金件上，Hi-lok緊固件過渡配合。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第6頁(yè)鉚釘類型和牌號(hào)選取鉚釘材料選取盡可能選取與被連接件材料相同緊固件。外場(chǎng)鉚釘：2117-T3鉚釘冰箱鉚釘：-T3、2024-T31鉚釘決不能用同直徑2117-T3鉚釘代替2024-T31鉚釘。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第7頁(yè)鉚釘類型和牌號(hào)選取鉚釘直徑確實(shí)定當(dāng)借用原鉚釘孔或更換舊鉚釘時(shí)，普通應(yīng)將鉚釘加大1級(jí)或2級(jí)。依據(jù)周圍受力狀態(tài)和受力大小大致相同部位上鉚釘直徑來確定所需鉚釘直徑。使鉚釘直徑等于或稍大于被連接件中較厚板3倍板厚。在受力結(jié)構(gòu)上不能使用直徑小于0.156in（5/32in）鉚釘。若計(jì)算出鉚釘直徑太大，則應(yīng)改用螺栓。選擇鉚釘直徑時(shí)，普通要求釘桿剪切許用值大于釘孔擠壓許用值。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第8頁(yè)鉚釘頭類型確實(shí)定參考周圍區(qū)域上鉚釘頭類型確定所選取鉚釘頭類型。對(duì)于要求光滑氣動(dòng)外形部位，應(yīng)該使用埋頭鉚釘。沒有氣動(dòng)光滑性要求部位，普通采取通用型鉚釘頭，因?yàn)椴扇⊥诡^鉚釘，孔擠壓強(qiáng)度高。當(dāng)需要采取埋頭緊固件時(shí)，埋頭窩深度與板厚之比最大不超出0.8。鉚釘桿長(zhǎng)度確實(shí)定確定鉚釘桿長(zhǎng)度時(shí)，必須首先確定被連接件疊合厚度（鉚接厚度）。釘桿長(zhǎng)度=

鉚接厚度+

1.5倍釘桿直徑飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第9頁(yè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第10頁(yè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第11頁(yè)第九節(jié)鉚釘布置與鉚釘間距和邊距相關(guān)結(jié)構(gòu)件靜強(qiáng)度破壞模式有結(jié)構(gòu)件拉伸失效、結(jié)構(gòu)件撕裂失效以及結(jié)構(gòu)件擠壓失效。

因?yàn)殂T釘孔應(yīng)力集中效應(yīng)，鉚釘間距和邊距還嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)件疲勞壽命。結(jié)構(gòu)修理鉚釘間距普通用鉚釘孔平均直徑D倍數(shù)來表示。鉚釘有兩種排列方式：交織排列和平行排列。交織排列普通用于需要進(jìn)行液體或者氣體密封結(jié)構(gòu)，如油箱邊界結(jié)構(gòu)等。交織排列與平行排列方式對(duì)應(yīng)鉚釘最大間距不一樣。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第12頁(yè)鉚釘排列不妥造成靜強(qiáng)度失效飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第13頁(yè)鉚釘排列方式

（a）平行排列（b）交織排列飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第14頁(yè)一、最大間距鉚釘間距過大，結(jié)構(gòu)承受擠壓載荷時(shí)可能造成緊固件之間發(fā)生永久性失穩(wěn)變形。鉚釘間距越大，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)可能性就越大。假如結(jié)構(gòu)件傳遞載荷主要類型為擠壓載荷，大于6D間距普通是不能接收。造成緊固件之間結(jié)構(gòu)失穩(wěn)臨界應(yīng)力不但與鉚釘間距相關(guān)，還與結(jié)構(gòu)材料類型、材料厚度相關(guān)。為預(yù)防補(bǔ)強(qiáng)片在兩相鄰緊固件間產(chǎn)生局部失穩(wěn)，應(yīng)依據(jù)補(bǔ)強(qiáng)片厚度確定合理鉚釘間距（表3.9-1，取自B737-200SRM51-40-4）飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第15頁(yè)鉚釘間距（in）補(bǔ)強(qiáng)片厚度（in）最大0.750.0500.75~0.840.0560.84~0.940.0630.94~1.060.0711.06~1.200.0801.20~1.350.0901.35~1.500.1001.50~1.680.1121.68~1.770.125表3.9-1補(bǔ)強(qiáng)件厚度與鉚釘間距之間協(xié)調(diào)關(guān)系飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第16頁(yè)二、最小行距

鉚釘孔之間行距小于要求最小行距時(shí)，鉚釘孔之間結(jié)構(gòu)件會(huì)發(fā)生撕裂破壞。對(duì)于平行排列鉚釘，最小行距能夠按照?qǐng)D示方法計(jì)算。普通來說，對(duì)于平行排列鉚釘，假如行距大于3D，能夠防止結(jié)構(gòu)鉚釘孔之間撕裂失效。對(duì)于交織排列鉚釘，最小行距Lmin等于2D。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第17頁(yè)鉚釘最小行距計(jì)算方法飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第18頁(yè)三、最小列距緊固件列距小于極限最小值后，會(huì)造成結(jié)構(gòu)修理區(qū)域結(jié)構(gòu)件拉伸失效。假如鉚釘孔列距過小，鉚釘孔應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)力會(huì)相互疊加，造成鉚釘孔邊緣處應(yīng)力水平深入上升。鉚釘孔列距過小會(huì)降低鉚釘孔耐久性，加緊疲勞裂紋產(chǎn)生。疲勞敏感區(qū)域主要結(jié)構(gòu)修理，比如機(jī)身艙門等大開口周圍結(jié)構(gòu)、機(jī)翼下表面蒙皮壁板結(jié)構(gòu)等等，要確保緊固件列距不能小于4D。對(duì)于次要或者非疲勞敏感結(jié)構(gòu)，能夠按照?qǐng)D示方法計(jì)算允許最小列距Lmin。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第19頁(yè)緊固件孔之間應(yīng)力集中疊加示意圖飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第20頁(yè)非疲勞敏感結(jié)構(gòu)最小列距計(jì)算方法飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第21頁(yè)四、鉚釘邊距要求鉚釘邊距大于4D，被連接件邊緣輕易發(fā)生翹曲。與載荷方向垂直邊距鉚釘孔會(huì)在與載荷方向垂直結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域。鉚釘邊距小于最小鉚釘邊距，還會(huì)嚴(yán)重影響被連接件耐久性（圖3.9-4）。對(duì)于疲勞敏感結(jié)構(gòu)件，要求鉚釘孔最小邊距為2.5D。對(duì)于其它結(jié)構(gòu)要求，鉚釘孔最小邊距為2.0D。與載荷方向平行邊距可參考圖示方法計(jì)算最小邊距。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第22頁(yè)

圖3.7-4鉚釘邊距對(duì)耐久性影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第23頁(yè)與載荷方向平行最小邊距計(jì)算方法飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第24頁(yè)波音企業(yè)對(duì)與傳力路線垂直邊距要求對(duì)于疲勞問題不嚴(yán)重部位：對(duì)于疲勞問題嚴(yán)重部位：采取2D邊距邊距小于2D，大于1.5D，也是能夠接收。

采2.5D邊距緊固件孔擠壓強(qiáng)化，構(gòu)件邊界噴丸，大于1.5D邊距能夠接收。邊距小于1.5D，需加強(qiáng)修理。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第25頁(yè)

第十節(jié)緊固件孔質(zhì)量與鉚接質(zhì)量要求、結(jié)構(gòu)修理中硬點(diǎn)效應(yīng)

一、緊固件孔質(zhì)量要求孔邊去毛刺。鉆頭適當(dāng)，鉆頭直徑比鉚釘名義直徑大0.002~0.004in。先鉆小導(dǎo)孔，擴(kuò)孔到再所需尺寸。擴(kuò)孔可去毛刺。鉆頭垂直于加工件，不許有“8”字孔。鋼、不銹鋼或鈦合金鉆孔安裝Hi-Lok或鎖螺栓時(shí)，必須是精鉸孔而不是過渡配合孔。在鋁合金構(gòu)件中安裝受拉緊固件時(shí)，應(yīng)采取過渡配合孔（從0.002in松動(dòng)量到0.003in干涉量）。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第26頁(yè)二、鉚接質(zhì)量頂鐵形狀和重量要適當(dāng)。頂鐵頂面與釘桿要垂直。鉚槍壓力調(diào)整要適當(dāng)。埋頭鉚釘埋頭窩與板厚（锪窩板）之比應(yīng)在0.67左右，最大不超出0.8。當(dāng)埋頭窩深度大于被锪窩材料厚度2/3時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)刀刃。當(dāng)存在埋頭刀刃時(shí)，板件疲勞壽命僅為采取凸頭緊固件時(shí)22%。飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第27頁(yè)圖3.10-1緊固件埋頭窩孔飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第28頁(yè)使用載荷—飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用中承受載荷為使用載荷，它小于極限載荷飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用載荷作用下，各結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形在彈性范圍內(nèi)，緊固件力分布規(guī)律（圖3.8-1）—兩頭大，中間小影響緊固件力分布主要原因：三、彈性范圍內(nèi)，緊固件力分布規(guī)律沿傳力路線，緊固件越多，緊固件力分布不均勻性越大緊固件間距和剛度越大，則緊固件力分布不均勻性越大當(dāng)兩被連接件厚度不相等時(shí)，緊固件力分布是不對(duì)稱（圖3.8-2）飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第29頁(yè)四、彈性范圍內(nèi)，緊固件力分布不均勻性對(duì)靜強(qiáng)度沒有影響

在極限載荷（設(shè)計(jì)載荷）作用下，被連接件和緊固件進(jìn)入塑性狀態(tài)，緊固件力趨于均勻化，各緊固件同時(shí)產(chǎn)生靜力破壞五、彈性范圍內(nèi)，緊固件力不均勻性對(duì)疲勞強(qiáng)度有顯著影響（圖3.8-1）六、硬點(diǎn)效應(yīng)緊固件力隨加強(qiáng)件厚度增加，緊固件力分布不均勻性越大（圖3.8-2）“硬點(diǎn)效應(yīng)”（圖3.8-3）—加強(qiáng)件越厚，硬點(diǎn)效應(yīng)就越顯著飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第30頁(yè)五、降低“硬點(diǎn)效應(yīng)”辦法

（1）防止采取剛度過大構(gòu)件，修理結(jié)構(gòu)損傷區(qū)

（2）加強(qiáng)件采取臺(tái)階過渡形式加強(qiáng)件末端最小厚度為0.040in

加強(qiáng)件末端最大厚度為原構(gòu)件厚度1/3或0.063in

（3）加強(qiáng)件設(shè)計(jì)成斜面形式最正確斜率：大于或等于20:1

（4）加強(qiáng)件采取疊層形式加強(qiáng)件厚度等于或大于0.10in

最內(nèi)層加強(qiáng)件厚度最小為0.040in，最厚為原構(gòu)件厚度1/3或0.063in