飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析簡介連接的作用是將載荷從一個(gè)結(jié)構(gòu)件傳遞到另外一個(gè)元件。連接由加強(qiáng)件、被加強(qiáng)件和緊固件組成，是結(jié)構(gòu)加強(qiáng)修理的基本組成部分。作為基本的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)形式，連接是恢復(fù)由于損傷導(dǎo)致?lián)p壞的結(jié)構(gòu)件原始載荷傳遞途徑的基本方法。結(jié)構(gòu)修理的連接需要滿足結(jié)構(gòu)修理設(shè)計(jì)要求——靜強(qiáng)度、耐久性和損傷容限。2飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第八節(jié)緊固件的選取飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中緊固件類型的選取英制飛機(jī)的緊固件直徑都是以1/32英寸為單位遞增，同時(shí)以1/64英寸為單位提供加大直徑的緊固件，最大可以加大到3/64英寸。厚度小于0.08in的構(gòu)件，用同類型同尺寸緊固件修理。厚度大于或等于0.08in的構(gòu)件：如果原緊固件是鉚釘，則修理時(shí)使用1/32in過尺寸Hi-lok螺栓（孔和緊固件都加大1/32in）。如果原緊固件是Hi-lok螺栓，則修理時(shí)使用1/64in過尺寸Hi-lok螺栓（孔和緊固件都加大1/64in）。3飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中緊固件類型的選取如果需要使用緊固件的位置上沒有緊固件孔，根據(jù)以下準(zhǔn)則選取緊固件類型：選用與周圍部位相同的緊固件類型和牌號(hào)。當(dāng)需要傳遞較高的拉伸或剪切載荷時(shí)，通常采用螺栓類緊固件。鉚釘?shù)某欣芰Φ?。?dāng)需要緊固件承受較高的拉力時(shí)，應(yīng)采用螺栓類緊固件。當(dāng)傳遞較低的分布剪切載荷時(shí)，一般選用普通實(shí)芯鉚釘。當(dāng)做臨時(shí)性修理時(shí)，可在允許的部位采用盲鉚釘。當(dāng)被連接件為合金鋼件時(shí)，應(yīng)采用鋼緊固件。不要在同一部位或同一行中混合使用不同類型的緊固件。4飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析選用螺栓時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題根據(jù)受力大小及狀態(tài)選用螺栓：當(dāng)螺栓主要承受拉伸載荷時(shí)，選用抗拉螺栓和螺帽。當(dāng)螺栓主要承受剪切載荷時(shí)，選用抗剪螺栓和螺帽，它們不能承受高的拉伸載荷。鍍鎘螺栓和螺釘不能用于溫度超過450℉的地方。螺栓與孔的接觸面處應(yīng)無螺紋，否則易在孔邊產(chǎn)生疲勞裂紋。安裝干涉配合螺栓或銷釘時(shí)，要注意干涉量的要求，一般在0.002~0.004in之間。

5飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析選用螺栓時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題對于承受高拉伸載荷的螺栓，裝配時(shí)應(yīng)在螺栓頭下面和螺帽下面放墊圈。對于主要承力結(jié)構(gòu)的連接，不要使用直徑小于0.25in的螺栓和直徑小于3/16in的Hi-lok緊固件，因?yàn)樗鼈円桩a(chǎn)生拉伸屈服。當(dāng)需要借原螺栓孔時(shí)，一般應(yīng)擴(kuò)孔，將螺栓直徑加大1級(jí)。承受和傳遞動(dòng)載荷的螺栓、螺帽，要有保險(xiǎn)措施。在鋼、不銹鋼、鈦合金構(gòu)件上使用Hi-lok緊固件時(shí)，緊固件必須安裝在精絞孔中；鋁合金件上，Hi-lok緊固件過渡配合。6飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘類型和牌號(hào)的選取鉚釘材料選取盡量選用與被連接件材料相同的緊固件。外場鉚釘：2117-T3鉚釘冰箱鉚釘：2017-T3、2024-T31鉚釘決不能用同直徑的2117-T3鉚釘代替2024-T31鉚釘。7飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘類型和牌號(hào)的選取鉚釘直徑的確定當(dāng)借用原鉚釘孔或更換舊鉚釘時(shí)，一般應(yīng)將鉚釘加大1級(jí)或2級(jí)。根據(jù)周圍受力狀態(tài)和受力大小大致相同部位上的鉚釘直徑來確定所需的鉚釘直徑。使鉚釘直徑等于或稍大于被連接件中較厚板的3倍板厚。在受力結(jié)構(gòu)上不能使用直徑小于0.156in（5/32in）的鉚釘。若計(jì)算出的鉚釘直徑太大，則應(yīng)改用螺栓。選擇鉚釘直徑時(shí)，一般要求釘桿的剪切許用值大于釘孔的擠壓許用值。8飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘頭類型的確定參考周圍區(qū)域上的鉚釘頭類型確定所選用的鉚釘頭類型。對于要求光滑氣動(dòng)外形的部位，應(yīng)當(dāng)使用埋頭鉚釘。沒有氣動(dòng)光滑性要求的部位，一般采用通用型鉚釘頭，因?yàn)椴捎猛诡^鉚釘，孔的擠壓強(qiáng)度高。當(dāng)需要采用埋頭緊固件時(shí)，埋頭窩深度與板厚之比最大不超過0.8。鉚釘桿長度的確定確定鉚釘桿長度時(shí)，必須首先確定被連接件的疊合厚度（鉚接厚度）。釘桿長度=

鉚接厚度+

1.5倍釘桿直徑9飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析10飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析11飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析第九節(jié)鉚釘?shù)牟贾门c鉚釘間距和邊距相關(guān)的結(jié)構(gòu)件靜強(qiáng)度破壞模式有結(jié)構(gòu)件拉伸失效、結(jié)構(gòu)件撕裂失效以及結(jié)構(gòu)件擠壓失效。

由于鉚釘孔的應(yīng)力集中效應(yīng)，鉚釘間距和邊距還嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。結(jié)構(gòu)修理鉚釘?shù)拈g距一般用鉚釘孔的平均直徑D的倍數(shù)來表達(dá)。鉚釘有兩種排列方式：交錯(cuò)排列和平行排列。交錯(cuò)排列一般用于需要進(jìn)行液體或者氣體密封的結(jié)構(gòu)，如油箱邊界結(jié)構(gòu)等。交錯(cuò)排列與平行排列方式對應(yīng)的鉚釘最大間距不同。12飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘排列不當(dāng)導(dǎo)致的靜強(qiáng)度失效13飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘?shù)呐帕蟹绞?/p>

（a）平行排列（b）交錯(cuò)排列14飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析一、最大間距鉚釘間距過大，結(jié)構(gòu)承受擠壓載荷時(shí)可能導(dǎo)致緊固件之間發(fā)生永久性失穩(wěn)變形。鉚釘間距越大，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的可能性就越大。如果結(jié)構(gòu)件傳遞的載荷主要類型為擠壓載荷，大于6D的間距一般是不能接受的。導(dǎo)致緊固件之間結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界應(yīng)力不僅與鉚釘間距有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)材料類型、材料厚度有關(guān)。為防止補(bǔ)強(qiáng)片在兩相鄰緊固件間產(chǎn)生局部失穩(wěn)，應(yīng)根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)片的厚度確定合理的鉚釘間距（表3.9-1，取自B737-200SRM51-40-4）15飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘間距（in）補(bǔ)強(qiáng)片厚度（in）最大0.750.0500.75~0.840.0560.84~0.940.0630.94~1.060.0711.06~1.200.0801.20~1.350.0901.35~1.500.1001.50~1.680.1121.68~1.770.125表3.9-1補(bǔ)強(qiáng)件厚度與鉚釘間距之間的協(xié)調(diào)關(guān)系16飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析二、最小行距

鉚釘孔之間的行距小于要求的最小行距時(shí)，鉚釘孔之間的結(jié)構(gòu)件會(huì)發(fā)生撕裂破壞。對于平行排列鉚釘，最小行距可以按照圖示方法計(jì)算。一般來說，對于平行排列鉚釘，如果行距不小于3D，可以避免結(jié)構(gòu)鉚釘孔之間的撕裂失效。對于交錯(cuò)排列鉚釘，最小行距Lmin等于2D。17飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析鉚釘最小行距計(jì)算方法18飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析三、最小列距緊固件的列距小于極限最小值后，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)修理區(qū)域的結(jié)構(gòu)件拉伸失效。如果鉚釘孔的列距過小，鉚釘孔應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力會(huì)互相疊加，導(dǎo)致鉚釘孔邊緣處的應(yīng)力水平進(jìn)一步上升。鉚釘孔的列距過小會(huì)降低鉚釘孔的耐久性，加快疲勞裂紋的產(chǎn)生。疲勞敏感區(qū)域的重要結(jié)構(gòu)修理，例如機(jī)身艙門等大開口周圍結(jié)構(gòu)、機(jī)翼下表面蒙皮壁板結(jié)構(gòu)等等，要保證緊固件的列距不能小于4D。對于次要或者非疲勞敏感結(jié)構(gòu)，可以按照圖示方法計(jì)算允許的最小列距Lmin。19飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析緊固件孔之間的應(yīng)力集中疊加示意圖20飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析非疲勞敏感結(jié)構(gòu)最小列距計(jì)算方法21飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析四、鉚釘邊距要求鉚釘邊距大于4D，被連接件的邊緣容易發(fā)生翹曲。與載荷方向垂直的邊距鉚釘孔會(huì)在與載荷方向垂直的結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域。鉚釘邊距小于最小鉚釘邊距，還會(huì)嚴(yán)重影響被連接件的耐久性（圖3.9-4）。對于疲勞敏感的結(jié)構(gòu)件，要求鉚釘孔的最小邊距為2.5D。對于其他結(jié)構(gòu)要求，鉚釘孔的最小邊距為2.0D。與載荷方向平行的邊距可參照圖示方法計(jì)算最小邊距。22飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析

圖3.7-4鉚釘邊距對耐久性的影響23飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析與載荷方向平行的最小邊距計(jì)算方法24飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析波音公司對與傳力路線垂直邊距的規(guī)定對于疲勞問題不嚴(yán)重部位：對于疲勞問題嚴(yán)重部位：采用2D邊距邊距小于2D，大于1.5D，也是可以接受的。

采2.5D邊距緊固件孔擠壓強(qiáng)化，構(gòu)件邊界噴丸，大于1.5D的邊距可以接受。邊距小于1.5D，需加強(qiáng)修理。25飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析

第十節(jié)緊固件孔質(zhì)量與鉚接質(zhì)量要求、結(jié)構(gòu)修理中的硬點(diǎn)效應(yīng)

一、緊固件孔的質(zhì)量要求孔邊去毛刺。鉆頭合適，鉆頭直徑比鉚釘名義直徑大0.002~0.004in。先鉆小導(dǎo)孔，擴(kuò)孔到再所需尺寸。擴(kuò)孔可去毛刺。鉆頭垂直于加工件，不許有“8”字孔。鋼、不銹鋼或鈦合金鉆孔安裝Hi-Lok或鎖螺栓時(shí)，必須是精鉸孔而不是過渡配合孔。在鋁合金構(gòu)件中安裝受拉緊固件時(shí)，應(yīng)采用過渡配合孔（從0.002in的松動(dòng)量到0.003in的干涉量）。26飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析二、鉚接質(zhì)量頂鐵形狀和重量要合適。頂鐵頂面與釘桿要垂直。鉚槍壓力調(diào)節(jié)要合適。埋頭鉚釘?shù)穆耦^窩與板厚（锪窩板）之比應(yīng)在0.67左右，最大不超過0.8。當(dāng)埋頭窩深度大于被锪窩材料厚度的2/3時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)刀刃。當(dāng)存在埋頭刀刃時(shí)，板件的疲勞壽命僅為采用凸頭緊固件時(shí)的22%。27飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析圖3.10-1緊固件的埋頭窩孔28飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析使用載荷—飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用中承受的載荷為使用載荷，它小于極限載荷飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用載荷作用下，各結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形在彈性范圍內(nèi)，緊固件力的分布規(guī)律（圖3.8-1）—兩頭大，中間小影響緊固件力分布的主要因素：三、彈性范圍內(nèi)，緊固件力的分布規(guī)律沿傳力路線，緊固件越多，緊固件力分布的不均勻性越大緊固件間距和剛度越大，則緊固件力分布的不均勻性越大當(dāng)兩被連接件的厚度不相等時(shí)，緊固件力的分布是不對稱的（圖3.8-2）29飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析四、彈性范圍內(nèi)，緊固件力分布的不均勻性對靜強(qiáng)度沒有影響

在極限載荷（設(shè)計(jì)載荷）作用下，被連接件和緊固件進(jìn)入塑性狀態(tài)，緊固件力趨于均勻化，各緊固件同時(shí)產(chǎn)生靜力破壞五、彈性范圍內(nèi)，緊固件力的不均勻性對疲勞強(qiáng)度有明顯的影響（圖3.8-1）六、硬點(diǎn)效應(yīng)緊固件力隨加強(qiáng)件厚度的增加，緊固件力分布的不均勻性越大（圖3.8-2）“硬點(diǎn)效應(yīng)”（圖3.8-3）—加強(qiáng)件越厚，硬點(diǎn)效應(yīng)就越顯著30飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方案分析五、降低“硬點(diǎn)效應(yīng)”的措施

（1）避免采用剛度過大的構(gòu)件，修理結(jié)構(gòu)的損傷區(qū)

（2）加強(qiáng)件采用臺(tái)階過渡的形式加強(qiáng)件末端最小厚度為0.040in

加強(qiáng)件末端最大厚度為原構(gòu)件厚度的1/3或0.063in

（3）加強(qiáng)件設(shè)計(jì)成斜面形式最佳斜率：大于或等于20:1

（4）加強(qiáng)件采用疊層形式加強(qiáng)件厚度等于或大于0.10in

最內(nèi)層加強(qiáng)件厚度最小為0.040in，最厚為原構(gòu)件厚度的1/3或0