鉚釘拉脫力估算和試驗(yàn)研究

摘 要：該文通過試驗(yàn)研究了埋頭鉚釘和突頭鉚釘?shù)睦撈茐膹?qiáng)度及拉脫破壞模式，給出了典型的鉚釘拉脫破壞載荷，可供飛機(jī)設(shè)計(jì)使用。

關(guān)鍵詞：鉚釘 拉脫力 試驗(yàn)研究

中圖分類號(hào)：V261.29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0007-02

現(xiàn)代飛機(jī)生產(chǎn)制造過程中，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝維修、檢查的需要，機(jī)械連接不可或缺，鉚接結(jié)構(gòu)以其重量輕、成本低、工藝簡(jiǎn)單而普遍使用。鉚接是一種不可拆卸的連接，它是依靠鉚釘釘桿鐓粗形成鐓頭將構(gòu)件連接在一起，其可靠性強(qiáng)，連接強(qiáng)度較高，便于攜帶和便于使用自動(dòng)鉆鉚設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)而成為一種應(yīng)用廣泛的永久性連接方法[1]。

隨著新型飛機(jī)的研制，為滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，提高飛機(jī)性能，鉚接技術(shù)不斷發(fā)展，出現(xiàn)自動(dòng)鉆鉚、電磁鉚接技術(shù)等，不但可以提高工作效率，還可以減少質(zhì)量波動(dòng)，改善鉚接結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。自動(dòng)鉆鉚技術(shù)主要應(yīng)用于安裝工作量大、表面質(zhì)量要求嚴(yán)、種類單一的緊固件和具有較好的開敞性的裝配件。例如在波音737尾段中，應(yīng)用自動(dòng)鉆鉚機(jī)進(jìn)行緊固件安裝的組件主要有上下壁板、上下甲板、輔助動(dòng)力艙門（APU）等[2]。

鉚釘是緊固件的一種形式，主要提供結(jié)構(gòu)的連續(xù)性并允許在被連接件之間傳遞剪切載荷，決不允許在主要結(jié)構(gòu)中作抗拉應(yīng)用。鉚釘僅允許在拉伸力為次要載荷存在的地方應(yīng)用，例如：

a）在氣動(dòng)力引起升力的情況下蒙皮與結(jié)構(gòu)的連接；

b）蒙皮在存在內(nèi)壓（燃油壓力、機(jī)身內(nèi)部壓力等）的情況下與結(jié)構(gòu)的連接；

c）承受對(duì)角拉伸起皺的腹板的連接；

d）薄板與有可能出現(xiàn)釘間屈曲的受壓元件的連接。

當(dāng)懷疑鉚釘有可能經(jīng)受超過次拉伸載荷時(shí)，則應(yīng)使用螺栓或鋼的箍緊套環(huán)緊固件。作為強(qiáng)度檢查的目的，需要給出鉚釘（埋頭、突頭）的抗拉強(qiáng)度，本文基于此進(jìn)行理論估算和試驗(yàn)方面的研究。

1 理論估算

鉚釘拉脫破壞跟鉚接結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，包括鉚釘形式、鉚釘尺寸、連接板材料厚度等等因素，這些也決定了鉚釘拉脫破壞模式的復(fù)雜多樣性，其中最主要的為鉚釘頭剪切破壞（環(huán)切）、鉚釘桿拉斷和連接板拉豁。理論估算鉚釘拉脫力沒有詳細(xì)的計(jì)算公式，在飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第9冊(cè)和MMPDS中簡(jiǎn)單給出了某種特定類型鉚釘?shù)睦搹?qiáng)度計(jì)算公式[3]，沒有普遍的適用性，而在飛機(jī)設(shè)計(jì)公司往往都是利用各自的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該文規(guī)劃了有限范圍，特定形式的試驗(yàn)項(xiàng)目，以期得到鉚釘拉脫的載荷，供飛機(jī)分析設(shè)計(jì)參考和數(shù)據(jù)積累。

2 試驗(yàn)研究

該文設(shè)計(jì)試驗(yàn)來模擬鉚釘拉脫破壞，主要考核鉚釘破壞，用厚度t=5mm的鋁板作連接件。試驗(yàn)所用的鉚釘、連接件和試驗(yàn)件編號(hào)詳見表1。鉚釘采用埋頭鉚釘、突頭鉚釘兩種鉚釘，埋頭鉚釘和突頭鉚釘示意圖見圖1和圖2。試驗(yàn)件連接示意圖見圖3。

試驗(yàn)在MTS試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，將試驗(yàn)件垂直支持在試驗(yàn)機(jī)上、下夾頭之間，試驗(yàn)件的加載接頭與試驗(yàn)機(jī)夾頭簡(jiǎn)支連接，使拉力作用線通過鉚釘軸線，試驗(yàn)件安裝及加載見圖4所示。

試驗(yàn)按照預(yù)定的試驗(yàn)順序加載，直到試驗(yàn)件拉脫破壞，記錄最大破壞載荷見表2，典型的試驗(yàn)破壞模式如圖5所示。

3 結(jié)語

該文通過試驗(yàn)研究埋頭鉚釘、突頭鉚釘?shù)睦撈茐妮d荷及破壞模式，給出典型鉚釘?shù)睦撈茐妮d荷及破壞模式，并分析得到以下結(jié)論：

突頭鉚釘相較埋頭鉚釘有更高的拉脫破壞強(qiáng)度；

埋頭鉚釘主要的破壞模式為鉚釘頭的剪切破壞，而突頭鉚釘則鉚釘拉斷和釘頭剪切破壞的破壞模式都存在，鑒于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，其中的破壞規(guī)律還待進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]曹增強(qiáng).鉚接技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r[M].航空工程與維修，2000，6：41.

[2]費(fèi)軍.自動(dòng)鉆鉚技術(shù)在波音737尾段項(xiàng)目中的應(yīng)用[M].航空制造技術(shù)，2007，9：85.

[3]解思適.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第9冊(cè)：載荷、強(qiáng)度和剛度[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.12：641-643.