一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

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1、第46卷第2期2014年4月南JournalO京航空航fNanjingUniversity天大学ofAeronautics学报&Astronautics一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法赵平1李旭东2(1．长春理工大学机电工程学院，长春，130022；于化东1吴东流22．中国航空综合技术研究所，北京，100028)V01．46No．2Apr．2014摘要：提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先，运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后，通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finiteelementmet

2、hod，FEM)，计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加，并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力，对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值，得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stressseverityfactor，SSF)法进行了对比，并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。关键词：铆接结构；疲劳寿命评估；残余应力；弹塑性；接触非线性；三维有限元中图分类号：V214文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)02—0310-06NewMethodofFatigueLifePre

3、dictionforRivetedStructureZhaoPin91，LiXudong2，YuHuadon91，WuDongtiu2(1．CollegeofMechanicalandElectricEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun，130022，China；2．ChinaAero—P01ytechn0109yEstablishment，Beijing，100028，China)Abstract：Anewmethodoffatiguelifepredi

4、ctionforrivetedstructureispresented．Elastic—plastictheo—reticalmodeliSusedtoobtainthedistributionofrivetedresidualstressaroundrivetedhole．andthedis—tributionofstressaroundrivetedholecausedbyloadingtransferringiscalculatedby3～Delastic—plasticcontactnonlinearfiniteelementmetho

5、d(FEM)．TheabovetWOstressfieldsaresuperimposed．Accord—ingtothestressvalueofthepointwithacertaindistancealongtheradialdirectionfromthefatiguedan—gerouspositionwherethestressismaximum，thefatiguelifepredictioniscarriedoutbyinterpolatingtheS—Ncurveofsmoothspecimenofthereferredmat

6、erial．ThenewmethodiScomparedwiththestressseverityfactor(SSF)method，andfeasibilityandaccuracyofthenewmethodareprovedbyexperi—ments．Keywords：rivetedstructure；fatiguelifeestimation；residualstress；elastic—plastic；contactnonlinear；3一Dfiniteelement(FE)铆接结构是一种常见的航空结构形式，在疲劳载荷作用下，破坏大

7、多从铆接孔处开始，铆接连接件的寿命通常控制了飞机结构的疲劳寿命。因此，对于铆接等航空结构连接件的寿命评估，是对航空结构进行疲劳寿命评估的重要组成部分。应力严重系数法[1。2](Stressseverityfactor，SSF)是针对航空结构连接件发展出来的一种疲劳寿命评估方法。该方法通过对飞机结构进行有限元分析，得到钉孔处的钉传载荷和旁路载荷，进而求出孔边的应力严重系数SSF，并将SSF作为理论应力集中系数kT，结合简单缺口件的S—N曲线来估算结构连接件的寿命。然而，这样一种针对航空结构连接件的工程常用疲劳评估方法，却存在不少理论上难以回避的硬

8、伤。针对SSF法在理论基础上存在的固有缺陷，本文在名义应力法框架内，对航空铆接结构连接件给出了一种疲劳寿命评估的新方法。相比较SSF法，这种新方法在理