用于全机疲劳试验的机身剪力加载方法研究.pdf

用于全机疲劳试验的机身剪力加载方法研究郭永跃(中国飞机强度研究所陕西 西安)摘 要:在飞机结构强度地面验证试验中机身蒙皮上的铆钉受剪进而将载荷传递给机身框 在全机疲劳试验中需要对机身框施加双向剪力载荷 目前机身加载方式有胶布带杠杆装置、拉压垫杠杆装置和剪力块杠杆装置前两种加载均不能满足施加双向剪力载荷的要求 本文提出了一种对机身框施加剪力的载荷施加方法通过剪力块及杠杆加载系统来对机身框施加双向剪力载荷关键词:机身框剪力杠杆加载系统中图分类号:.文献标志码:./.():.:收稿日期 作者简介 郭永跃()男辽宁营口人汉族硕士研究生工程师主要研究方向:飞机强度试验 引 言飞机是一个复杂的系统工程如何使机械产品在使用周期内安全服役满足设计和使用要求在一定时间范围内发挥其功能引入强度设计技术显得尤为重要 在飞机结构强度地面验证试验中机身蒙皮上的铆钉受剪进而将载荷传递给机身框 目前机身加载方式有胶布带杠杆装置、拉压垫杠杆装置和剪力块杠杆装置 胶布带杠杆装置的特点为:在机身框粘贴胶布带通过连接件连接杠杆对杠杆施加拉向载荷其不足之处在于只能施加拉载无法施加双向载荷 拉压垫杠杆装置的特点为:在机身框粘贴拉压垫通过连接件连接杠杆可施加拉压双向载荷其不足之处在于无法施加双向剪力载荷通过胶布带和拉压垫进行机身框载荷施加可以满足机身框整体的试验考核需求但是局部传载不尽合理 本文提出了一种对机身框施加纯剪力的载荷施加方法通过剪力块以及杠杆加载系统对机身框施加双向剪力载荷 剪力块由一定硬度的聚氨酯材料加工而成在施加载荷时剪力块需对称地布置在飞机机身左右两侧强框位上通过与剪力块相连接的专用杠杆加载系统来施加双向剪力载荷 剪力块受力分析为了验证剪力块受力是否均匀利用 软件在机翼假件模型上进行了有限元计算 在蒙皮上沿长桁方向均匀布置 个剪力块通过铝板将 个剪力块连接 假设剪力块与铝板及蒙皮之间均为理想粘接对铝板的一端施加一个拉力分析剪力块表面的受力情况应力云图如图 所示.工程与试验 .图 剪力块上下表面应力云图 由图 可以看出每个剪力块受力基本均匀 为了得到更加明显的结论在 有限元软件中将铝板沿 轴垂直于铝板表面切出若干截面导出数据可以得到各个截面的位置及所受的力绘制出各个截面沿 轴方向所受轴力的散点图如图 所示图 铝板沿 轴所受轴力图由图 可以看出第 个剪力块剪力大小为.后两个剪力块所受剪力大小为.由此可得第 个剪力块受到的剪力大小为.依此类推可以得到第 个剪力块受到的剪力大小为.第 个剪力块受到的剪力大小为.由此可以得知各剪力块表面所受剪力比较均匀对沿着受力方向均匀布置 个剪力块的情况进行有限元分析同样可以得到类似的结果 因此可以得出结论沿着受剪力方向均匀布置的剪力块每个剪力块受力基本均匀 加载系统设计对机身载荷进行处理根据处理后的机身框载荷设计加载系统如图 所示图 机身剪力块加载系统.剪力块布置在机身强框位等距离布置剪力块剪力块的中心都在框线上剪力块与杠杆加载系统之间通过铝板连接如图 所示图 剪力块布置.杠杆系统设计原则为了增加新型杠杆系统的可靠性、稳定性、安装便捷性及可维护性设计时遵循以下原则:()杠杆强度满足使用要求杠杆安全系数均大于()杠杆采用轻量化设计便于安装等现场实施工作()杠杆系统采用通用化设计便于加工生产和维护()提高各部件加工精度减少杠杆系统配合间隙()各级杠杆设计成同等高度()杠杆系统不能限制试验件变形需要在保持稳定的前提下有一定的自由度.加载系统材质及工艺选择剪力块选用的材料为聚氨酯铝板和杠杆采用 硬铝其弹性模量为 抗拉强度大于等于 硬铝较 钢重量轻 以上且具有比 钢更好的性能 承力双耳和销轴等均采用 螺栓要求.级剪力块用硬度 的板材进行切割加工要求切割面平整上下表面打毛 铝板和杠杆加工后表面进行阳极化处理增加铝板和杠杆表面硬度、耐磨及耐腐蚀性.杠杆系统设计用于全机疲劳试验的机身剪力块加载系统是在飞机机身左右两侧强框位上对称地布置剪力块并通过设计的杠杆加载系统进行加载 图 是用于全机疲劳试验的机身剪力块加载系统示意图图 是杠杆加载系统初级杠杆如图 所示剪力块对称地布置在飞机机身左右两侧强框位上 对于机身是弧面的情况要对剪力块进行修形 所设计的杠杆加载系统各级杠杆两端受力及合力作用点都在同一平面内避免了因末级杠杆合力点加载方向偏差所导致的加载系统沿着机身航向和侧向偏转确保了杠杆加载系统的稳定性 对铝板强度薄弱的地方进行加厚处理确保杠杆.郭永跃:用于全机疲劳试验的机身剪力加载方法研究.剪力块.铝板.初级杠杆.次级杠杆.末级杠杆.销钉.合力点双耳.螺栓.关节轴承及衬套图 剪力块加载系统系统加载的安全、可靠杠杆加载系统在每级杠杆两端连接处装有关节轴承(如图 所示)通过销钉和衬套限制住杠杆一端的位移另一端完全放开可以有效消除剪力块粘贴及安装产生的误差 在满足强度的基础上对杠杆进行了减重处理(如图 中杠杆上的凹槽所示)该加载方法可对机身施加双向剪力稳定性好安装简单操纵方便实用性强具有广泛通用性图 初级杠杆 杠杆强度校核及验证.杠杆强度分析对杠杆系统进行强度校核初级杠杆最大施加载荷为次级杠杆最大施加载荷为 其应力分布如图、图 所示 因为所选材料抗拉强度为 根据应力云图中的最大应力通过计算可以得知杠杆强度安全系数均大于 满足使用要求.杠杆系统验证试验在完成杠杆系统的强度校核后生产了该杠杆系统的验证杠杆验证杠杆与设计杠杆完全相同 首先对杠杆系统进行静力试验验证根据试验杠杆受力情况 分 级逐级对验证杠杆系统施加拉载、压载 经试验验证可图 初级杠杆应力云图图 次级杠杆应力云图知杠杆系统强度及稳定性满足试验要求 最后对杠杆系统进行了疲劳试验验证试验按照拉载、压载 的等幅谱对杠杆系统施加疲劳载荷完成若干循环试验杠杆系统未发现损伤满足试验要求 结束语本文提出的机身剪力块加载方法具有以下技术效果:()可以对机身框施加双向剪力()系统稳定可用于试验周期较长的疲劳试验()可满足强度及减重等要求能够有效消除剪力块粘贴及安装产生的误差避免了因末级杠杆合力点加载方向偏差所导致的加载系统沿着机身航向和侧向偏转确保了杠杆加载系统的稳定性()安装简单操作方便()实用性强且具有通用性参考文献张伟周帆杨建江.飞机结构强度设计研究.科技资讯():.樊优优张慧峰陈莉.钢带加载技术及其模拟机身受力的有限元分析.材料开发与应用():.王逾涯李岷陈群志等.飞机结构静强度与疲劳试验双向加载技术研究./第七届全国 材料试验学术会议论文集:.杨家驹.拉压垫加载技术在飞机结构强度试验中的研究.科技创新与应用():.工程与试验欢迎投稿投稿邮箱:.或 .联 系 人:王暖春 联系电话:欢迎订阅欢迎刊登广告联 系 人:孙松野联系电话:工程与试验 .