接触联接结构故障预测和动力学特性分析

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringFailurePredictionandDynamicAnalysisoftheContactConnectionStructureAThesisinSolidMechanicsbyZhangDengAdvisedbyProf.ChenQianSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecemb

2、er,2012承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要接触联接结构广泛用于各类机械结构中，例如螺栓联接结构、铆钉联接结构、销钉联接结构等。由于联接部位有接触的存在，并且这些联接

3、结构通常处于恶劣的工作环境，经常会出现疲劳失效问题；近年来由于复杂结构的大型化和柔性化，使联接部动力学特性对整机性能的影响显得更加重要。本文通过有限元仿真对吊耳螺栓联接结构的失效故障预报和飞机蒙皮与长桁铆接结构的动力学特性进行了研究，探讨了在复合载荷作用下并考虑零件表面之间的接触现象时，结构件的疲劳裂纹产生以及扩展过程和速度，从而提高了结构的失效故障预报的可靠性，比较了传统不考虑接触现象时的结果，发现接触现象对裂纹扩展速度以及模态参数都有不可忽视的影响，并采用灰色模型对考虑接触时结构的剩余寿命进行了预测。建立了吊耳螺栓联接结构有限元模型，通过应力分析预报出故障危险点，并分析了预紧力和剪力对

4、危险点应力的影响，最后计算了考虑接触和不考虑接触的疲劳裂纹萌生寿命，发现接触对疲劳裂纹萌生寿命有一定影响。建立了含裂纹的吊耳螺栓联接结构有限元模型，分析了接触、裂纹深度以及椭圆裂纹长短半轴之比对应力强度因子的影响，分析了接触对裂纹扩展速率的影响，并计算了考虑接触和不考虑接触的疲劳裂纹扩展寿命，发现接触对裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展寿命有一定影响。提出了吊耳螺栓联接结构的剩余寿命预测流程，利用新陈代谢灰色预测模型预测了应力强度因子随裂纹深度变化值，进一步计算了裂纹扩展速率随裂纹深度变化值，最后计算了吊耳螺栓联接结构的疲劳剩余寿命。建立了飞机蒙皮与长桁铆接联接有限元模型，对系统进行模态分析，然后

5、在不同工况下对系统进行瞬态动力学分析，研究了接触和预紧力对系统固有频率等动态特性的影响，发现实际的接触情况对整个系统的动力学特性影响显著。关键词：接触，有限元，疲劳裂纹萌生寿命，疲劳裂纹扩展寿命，剩余寿命，动力学特性本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I接触联接结构的故障预测和动力学特性分析ABSTRACTThecontactconnectionstructureiswidelyusedinvarioustypesofmechanicalstructure,suchastheboltedstructure,therivetconnectionstructure,thepinco

6、nnectionstructureandsoon.Forthecontactexistsintheconnectingportionandtheseconnectingstructuresareusuallyinaharshworkingenvironment,thestructure’sfatiguefailurephenomenonoftenoccur.Inrecentyears,duetothelarge-scaleandflexibilityofthecomplexstructure,thedynamicsoftheconnectingparttotheoverallperform

7、anceisevenmoreimportant.Inthispaper,thefatiguelifeofthelugboltedstructureandthedynamicsoftheaircraftskinandstringersrivetedstructurewasstudybytheEFM,andtheremainingusefullifeofthelugboltedstructurewaspredictedwit