CN109376476A - 装配应力工程计算方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种装配应力工程计算方法，包括如下步骤：得到第一构件根部倒角处应变与自由端挠度的关系式；对形状相同，但其上固定螺栓的数量和设置位置各不相同的多组所述第一构件进行试验测量，获得每一组中第一构件的平均试验应变值；在第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离取不同预定数值的条件下，分别计算第一构件的计算应变值；将步骤二和步骤三中的试验应变值与计算应变值进行对比，选取目标结果所对应的距离的预定数值对关系式进行修正。本申请的装配应力工程计算方法，根据试验测量结果对经典的悬臂梁计算方法进行修正，可以对装配件的装配应力进行快速评估，进而分析该部位的疲劳性能，为其他的计算分析提供依据。

Description

装配应力工程计算方法
技术领域
本申请属于装配应力计算领域，特别涉及一种装配应力工程计算方法。
背景技术
由于某大修飞机在故检阶段发现某结构件开裂较为严重、裂纹数量较多；具体地，该结构件为类似图1所示典型装配件结构，可以包括两块夹具11以及适配连接的第一构件12，其中，第一构件12截面为近似L形。经初步分析，主要由于飞机结构件在装配过程中由于公差累积导致了装配应力，造成应力腐蚀开裂。裂纹数量大，影响结构完整性，给飞机带来安全隐患。
目前，应力腐蚀开裂控制措施包括材料性能提高及控制装配间隙。对于装配间隙与装配应力关系，涉及边界条件及非线性关系模拟，目前工程算法及有限元算法，误差较大。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种装配应力工程计算方法。
本申请公开了一种装配应力工程计算方法，包括如下步骤：
步骤一、得到如下第一构件根部倒角处应变与自由端挠度的关系式(1)：
其中，ε为第一构件根部倒角处应变，δ1为第一构件自由端挠度，t是第一构件底板厚度，a为第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离；
步骤二、对形状相同，但其上固定螺栓的数量和设置位置各不相同的多组所述第一构件进行试验测量，获得每一组中所述第一构件的平均试验应变值，其中，每一组中的所述第一构件结构相同；
步骤三、在所述第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离a取不同预定数值的条件下，通过上述关系式(1)分别计算不同预定数值所对应的不同结构的所述第一构件的计算应变值；
步骤四、将步骤二和步骤三中的试验应变值与计算应变值进行对比，选取预定误差范围内的计算应变值作为目标结果，以目标结果所对应的距离a的预定数值对关系式(1)进行修正。
根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤一中的关系式(1)由如下关系式(2)和关系式(3)计算得到：
其中，P为预紧力，L为第一构件底板长度，E是第一构件的弹性模量，I是第一构件根部倒角处截面的惯性矩。
根据本申请的至少一个实施方式，所述第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离a的预定数值包括a1、a2、a3以及a4，其中，a1是根部倒角处到自由端端部的距离；a2是根部倒角处到钉孔内壁的最大距离；a3是根部倒角处到钉孔中心的距离；a4根部倒角处到钉孔内壁的最小距离。
根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤四中的预定误差范围值为正负20％。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的装配应力工程计算方法，根据试验测量结果对经典的悬臂梁计算方法进行修正，可以对装配件的装配应力进行快速评估，进而分析该部位的疲劳性能，为其他的计算分析提供依据；根据快速评估的结果，针对疲劳薄弱部位进行详细检查，从而避免因装配应力导致的疲劳问题。
附图说明
图1是本申请典型装配件中装配应力试验测量点位置及变量a示意图。
图2是本申请典型装配件装配关系示意图；
图3是本申请典型装配件装配应力数学模型；
图4是本申请对比试验测量结果与理论计算结果图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
本申请的装配应力工程计算方法，通过对典型装配件关键点的装配应力进行测量，对经典的装配应力计算方法进行修正。为快速预估构件间的装配应力、提高计算精度、合理控制飞机装配间隙、降低装配应力提供依据。
下面结合附图1至图4对本申请装配应力工程计算方法做进一步详细说明。
本申请的装配应力工程计算方法，基本步骤如下：
步骤a、机体结构为弹性体，装配间隙由间隙两侧构件承载后的变形消除。即满足总变形量δ＝构件1变形量δ1+构件2变形量δ2。各构件的变形量取决于构件本身的刚度；
具体地，构件1变形量δ1＝总变形量δ×构件1刚度G1/(构件1刚度G1+构件2刚度G2)；
构件2变形量δ2＝总变形量δ×构件2刚度G2/(构件1刚度G1+构件2刚度G2)。
步骤b、分别计算构件1的变形量δ1和构件2的变形量δ2。即构件i的变形量δi与螺栓预紧力P之间满足悬臂梁承弯关系式。
本实施例中，计算构件1的变形量δ1与预紧力P之间的关系式，即
其中，P为预紧力，L为第一构件底板长度(等于图1中的a1)，E是第一构件的弹性模量，I是第一构件根部倒角处13截面的惯性矩，a为第一构件根部倒角处13到预紧力施加点的距离。
其中，第一构件根部倒角处13到预紧力施加点的距离a的预定数值包括a1、a2、a3、a4，其中，a1是根部倒角处到自由端端部的距离；a2是根部倒角处到钉孔内壁的最大距离；a3是根部倒角处到钉孔中心的距离；a4根部倒角处到钉孔内壁的最小距离
步骤c、根据作用在悬臂梁上的预紧力P计算悬臂梁根部的弯矩，及悬臂梁根部的应力应变。从而得出悬臂梁根部(即第一构件根部)的应力即装配应力(应变)ε与预紧力P的关系式。
具体地，本实施例中，第一构件根部倒角处13(也叫装配应力光侧点13)应变ε与预紧力P的关系式为：
其中，t是第一构件底板厚度。
步骤d、由上述第b、c步，可推导出第一构件根部倒角处13应力(应变)与构件变形量δi的关系式，即经典装配应力工程计算方法。该计算方法的关系式表明，装配应力(应变)与螺栓预紧力P没有关系，而与预紧力作用点及构件变形量δi关系密切。
具体地，本实施例中，第一构件根部倒角处13应变ε与自由端(图1中右端)挠度的关系式(1)：
其中，δ1为第一构件自由端挠度。
步骤e、对多组不同装配间隙(即不同构件变形量)下的试验件进行测量，对测量结果进行统计分析；具体地，是对形状相同，但其上固定螺栓的数量和设置位置各不相同的多组所述第一构件进行试验测量，获得每一组中所述第一构件的平均试验应变值，其中，每一组中的所述第一构件结构相同。
进一步地，本实施例中，优选为8组第一构件，每组包括2个结构相同的第一构件；规划装配应力测量试验，模拟真实装配件的受力状态。加载时采用测力扳手，把拧紧力矩调整到对应的刻度，根部应变测量结果见表1。
表1根部应变测量结果
试验件编号 测量件数 应变με
试验件001 2 3450
试验件002 2 1795
试验件003 2 2285
试验件004 2 3276
试验件005 2 3305
试验件006 2 3656
试验件007 2 7260
试验件008 2 16600
步骤f、根据经典装配应力工程计算方法的关系式，螺栓预紧力的作用点与装配应力测量点的距离a可作为变量进行考查。见附图1。分别计算变量a取a1、a2、a3、a4时的装配应力(应变)。
具体地，本实施例中，计算结果见表2：
表2理论应变计算结果
步骤g、如图4所示，对比步骤e、f中的试验结果和变量a四种取值的计算结果，分析得出理论计算结果与试验结果误差最小的方案，明确变量a的最佳值，进而对原经典计算方法进行修正，得出修正后的装配应力工程计算方法。其中，是选取预定误差范围(正负20％)内的计算应变值作为目标结果(即方案)。
具体地，本实施例中，根据理论计算数据点的分布，得出变量a的最佳值为a＝a4，对原计算方法进行修正，得出修正后的装配应力工程计算方法如下：
本申请的装配应力工程计算方法，根据试验测量结果对经典的悬臂梁计算方法进行修正，可以对装配件的装配应力进行快速评估，进而分析该部位的疲劳性能，为其他的计算分析提供依据。另外，根据快速评估的结果，针对疲劳薄弱部位进行详细检查，从而避免因装配应力导致的疲劳问题。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种装配应力工程计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、得到如下第一构件根部倒角处应变与自由端挠度的关系式(1)：
其中，ε为第一构件根部倒角处应变，δ1为第一构件自由端挠度，t是第一构件底板厚度，a为第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离；
步骤二、对形状相同，但其上固定螺栓的数量和设置位置各不相同的多组所述第一构件进行试验测量，获得每一组中所述第一构件的平均试验应变值，其中，每一组中的所述第一构件结构相同；
步骤三、在所述第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离a取不同预定数值的条件下，通过上述关系式(1)分别计算不同预定数值所对应的不同结构的所述第一构件的计算应变值；
步骤四、将步骤二和步骤三中的试验应变值与计算应变值进行对比，选取预定误差范围内的计算应变值作为目标结果，以目标结果所对应的距离a的预定数值对关系式(1)进行修正。
2.根据权利要求1所述的装配应力工程计算方法，其特征在于，所述步骤一中的关系式(1)由如下关系式(2)和关系式(3)计算得到：
其中，P为预紧力，L为第一构件底板长度，E是第一构件的弹性模量，I是第一构件根部倒角处截面的惯性矩。
3.根据权利要求1所述的装配应力工程计算方法，其特征在于，所述第一构件根部倒角处到预紧力施加点的距离a的预定数值包括a1、a2、a3以及a4，其中，a1是根部倒角处到自由端端部的距离；a2是根部倒角处到钉孔内壁的最大距离；a3是根部倒角处到钉孔中心的距离；a4根部倒角处到钉孔内壁的最小距离。
4.根据权利要求1所述的装配应力工程计算方法，其特征在于，所述步骤四中的预定误差范围值为正负20％。
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