基于对称加载的均匀干涉配合铆接方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252016V01．37No．31049—1059ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于对称加载的均匀干涉配合铆接方法左杨杰，曹增强*，杨柳，臧传奇西北工业大学机电学院，西安710072摘要：铆接干涉量均匀度是影响飞行器装配接头疲劳寿命、结构铆接变形的重要因素之一。为了提高铆接干涉量均匀度，采用基于应力波加载的电磁铆接双面铆接方法，对对称加载的铆接工

2、艺方法进行了研究。利用应力波传播和叠加原理对对称加载的钉杆应力水平进行理论分析，试验测量了电磁力应力波及其叠加效应。通过工艺试验和微观分析，研究了对称加载方法对铆接质量的影响。研究结果表明：对称加载方法下，双向应力波同步触发，脉冲宽度相等，钉杆理论应力水平高于单面加载；在对称应力波作用下，整体钉杆干涉量均匀，并形成有效干涉，钉头与夹层贴合紧密；对称加载钉孔绝对干涉量更大，平均干涉量大于单面加载14％，干涉量均匀度高出单面加载37．5％，有利于实现连接结构的疲劳寿命增益；对称加载方法引起的结构件铆接变形量小于单面加载，更容易

3、保证装配件外形准确度。关键词：对称加载；铆接；干涉配合；干涉量；均匀度；疲劳寿命中图分类号：V261．7—1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—1049—11干涉配合是目前飞机制造中提高接头寿命最有效的方法之一[1。2]，但普通铆接方法中钉杆变形不均匀，形成的干涉配合难以达到最佳疲劳寿命增益口]。普通铆接方法钉杆变形不均匀亦是结构件产生铆接变形的主要原因，影响装配件外形准确度H与]。对于复合材料结构，干涉量不均匀直接造成复合材料分层或挤压破坏，很大程度上限制了干涉配合铆接技术在复合材料结构中的应用¨

4、]。此外由于大承载能力的要求，部分连接结构不得不使用大直径(≥6mm)、大长径比铆钉p。8]，普通铆接方法在这种厚夹层架构的钉头附近产生的干涉量很小甚至没有干涉量，难以实现连接结构最佳疲劳寿命增益L3J。为了解决干涉量不均匀的问题，人们发明了无头铆钉，可明显提高钉杆膨胀均匀度19。10

5、。中国民用飞机ARJ2l机翼制造过程中大量使用无头铆钉，其铆接工作量占铆接工作总量的80％以上口1I。但无头铆钉铆接需要自动钻铆设备完成，成本高昂。目前，铆接依然是飞机制造过程中使用最广泛的连接方法之一[5’7

6、，包括压铆、气动铆接和电磁铆

7、接等。压铆一般使用液压机加载，加载力大，铆钉成形均匀，但设备笨重、成本较高，工作环境受限n⋯。气动铆接设备结构简单，操作方便，是装配车间使用最广泛的铆接方法，但钉杆膨胀均匀度差，接头疲劳寿命低。电磁铆接具有干涉量均匀的优点口’12。13]。李志尧等n43通过实验证明了电磁铆接TB2铆钉、大长径比铝合金铆钉的均匀度高于气动铆接，连接件疲劳寿命高于压铆72％，用于纤维增强复合材料既能形成干涉量又能防止损伤。张岐良等口明通过数值模拟，证明了电磁铆接TB2铆钉的均匀度高于压铆。电磁铆接既可单面加载，亦收稿Et期：2015—01—3

8、0；退修Et期：2015-02—26；录用日期：2015—04—27；网络出版时间：2015-05-2510：01网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V201505251001，007html基金项目：陕西省科技统筹创新工程计划项目(2015KTCQ01-83)；航空科学基金(2015ZE53065)*通讯作者Tel．：029—88494454E—mail：czq66326@nwpuedu．Cn引用格武；左扬杰，曹增强，杨柳．等基f对称加载的均匀f涉配合铆接方法￡J]．航空学报·20

9、16·37(3)：1049-1059．ZUOYJ，CAOZQ，YANGL，eta1．Interference．fitevennessrivetingmethodbasedonsymmetricalIoading(JJ．ActaAeronauticaetAstro—nauticaSinica，2016，37(3)：1049—1059航空学报Mar．252016VOI．37No．3可双面对称加载。双面对称加载时应力波对钉头和镦头同时实施轴向对称加载，双向应力波在钉杆内发生正向线性叠加，在叠加应力波的作用下钉杆镦粗变形。对称加载

10、方法完全不同于目前的普通铆接，但目前对称加载方法的应力波叠加效应、铆接质量等尚不完全清楚。为提高铆接干涉量均匀度，本文利用应力波传播和叠加原理对对称加载方法的钉杆应力水平进行了分析，试验测量应力波及其叠加效应。利用对比试验和微观分析综合研究了对称加载对铆接质量及铆接件变形的影响。1对称加载方法1．1对称