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            紧固件柔度系数研究
            紧固件柔度系数研究
            新闻出处: | 发布时间:2019-12-08

            在飞行器结构中采用紧固件进行结构连接较为普遍,在对紧固件连接进行疲劳强度分析时,紧固件的柔度系数是计算所传递载荷的必要参数。在进行疲劳分析和损伤容限分析时,大多数分析都需要计算端部一排紧固件(需要说明的是,本文中紧固件仅指铆钉或紧配合螺栓)所传递的载荷与总载荷的比值。目前我们使用的计算排紧固件所传递载荷的方法有两种:①根据工程公式、查曲线图;②解析法。以上两种方法均依赖于紧固件、带板和基板的柔度系数。因为分析时接触到的板件结构形式通常比较规则,所以确定基板和带板的柔度系数相对容易(这里所指的板的柔度系数实际上是指板的等效柔度系数),那么紧固件的柔度系数就成为影响端部排紧固件所传递的载荷计算精度的重要参数。

              根据对相关资料的查阅,目前国内外所常用的计算紧固件柔度系数的方法主要来自:①工程经验公式,其不利于进行计算;②试验数据的拟合,该方法需要实施大量的试验。本文从理论推导的角度对紧固件柔度系数进行研究,以希望获得有一定应用的计算方法。

              1影响紧固件柔度系数计算的一些因素影响紧固件柔度系数计算的因素主要有:紧固件的几何尺寸、紧固件材料的刚度、基板和带板的几何尺寸、基板和带板材料的刚度。

              在实际结构中紧固件直径与有效长度之比d/i=1 ~2,可以视为非常“粗短”的梁,剪应力对其变形的影响很大。实际应用中紧固件及其孔边附近的变形状态和应力状态极其复杂,难以用简单的数学表达式加以描述。为了找到可以计算紧固件传递载荷的方法,需要做以下假设:结构任何部位的变形都完全处于线弹性范围内;忽略摩擦力和装配应力的影响,紧固件均有效传递载荷;所有板均处于平面应力状态,只承受平面内正应力和剪应力。

              2本文提出的计算柔度系数的方法本文尝试着从理论推导的角度提出计算紧固件柔度系数的方法,为了简化推导和计算过程,提出以下前提条件:(1)挤压应力沿厚度方向均匀分布,如所示。

              令r=d/2,d为紧固件直径。可以获得BCB'条带(如所示)上的挤压应力的分布:由于对称性且根据实际应用的需要,不考虑r在x轴方向上的分量。

              (2)紧固件轴线始终与板平面法向平行。

              基于上节中的假设,本文认为在紧固件形心处受简支约束,如所示,但是弯矩在形心处平在C点处取一平面平行于x轴和y轴,则BCB'在该平面上的投影即为中的阴影部分。由(2)、的分布规律如所示。

              由于上述公式推导时取单位厚度,故厚度为紧固件柔度系数的变形量至少应包括:引起的变形,4'为侧向位移。

              以下推导以单剪搭接连接形式为例。

              对于4bend和4shear的计算应该基于铁木辛柯梁理论1,推导过程如下。

              取微元ds为研究对象,作用的力为:说明:上z'对应于中投影条带位置的z轴坐标值,为了不发生混淆,将z替换为z'.根据参由、可知,本文方法的计算结果的变化趋势非常接近该航空企业以及NACA报告提出的方法,数值上也很接近该航空企业提出方法的计算结果,由此说明本文提出的方法在疲劳分析中有一定的。

              三种方法计算紧固件柔度系数的比较(紧固件参数变化)

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