CN109490115B - 测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空疲劳试验领域，涉及一种测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及方法；本发明的试验件由两个相同的螺栓和角盒组成；所述的角盒具有用于试验机加载的夹持端面，用于螺栓的安装的安装底面，在夹持端面和安装底面的结合处的两侧有加强筋，加强筋有助于传递载荷降低结构应力水平，安装底面上开有供螺栓倾斜连接使用的孔。使用本发明的试验件测试螺栓倾斜安装受拉DFR值的方法为：根据试验件结构形式建立有限元模型进行应力分析及结构优化，布置应变片并进行试验状态监控；进行疲劳试验；根据试验结果，进行数据处理，通过本发明的方法可以计算螺栓倾斜安装受拉伸载荷作用的DFR值，为设计提供试验依据。

Description

测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及方法
技术领域
本发明属于航空疲劳试验领域，涉及一种测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及方法。
背景技术
螺栓连接是工程实际中常用的连接方式，简单可靠应用广泛。但是螺栓孔制孔过程中由于施工难度、工人操作水平、设备故障等原因存在螺栓孔倾斜的情况，而且在检验时不容易检出。在这种情况下螺栓如果直接安装，其受力状态与正常安装差别很大，根据螺栓倾斜程度的不同螺栓的疲劳寿命会呈现不同程度的下降。常用的螺栓受拉DFR(细节疲劳额定值)测试方法一般按照国家标准《715.30A-2002紧固件试验方法拉伸疲劳》进行，其中的标准夹具只能测试螺栓在正常安装情况下的螺栓DFR值，无法通过简单改进测试螺栓倾斜安装的DFR，急需改进。
发明内容
本发明的目的是：提供一种测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及方法，以解决目前无法测试螺栓在倾斜安装受拉状态下的DFR值的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件，所述的测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件由一对螺栓2和一对角盒1组成；所述的角盒1具有夹持面11，安装底面12，在夹持面11和安装底面12的结合处的两侧有加强筋13，安装底面12上开有供螺栓倾斜连接使用的孔14，除孔14外，两个角盒为对称结构；所述的螺栓2对称安装在安装底面上，且螺栓轴线与安装底面12的法线不平行，且由两个螺栓2的轴线构成的平面垂直于安装底面和夹持面。
所述的夹持面11用于试验机加载；所述的安装底面12用于螺栓2的安装；所述的两侧的加强筋13传递载荷，有助于降低结构应力水平。
所述的角盒1的结构尺寸、试验载荷谱根据螺栓的牌号、尺寸、抗拉载荷和试验的倾斜角度确定。
所述的角盒1的结构尺寸包括：长L、宽W、高H、夹持面11的厚度b1、安装底面12的厚度b2、加强筋13的厚度b3。
利用所述的试验件测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的测试方法，其步骤如下：
步骤一、初步确定螺栓倾斜安装拉伸疲劳试验试验件的结构尺寸、试验载荷谱和试验件数量，螺栓2安装在夹持面两侧；
步骤二、根据试验件结构形式建立有限元模型进行应力分析，根据应力结果对试验件进行结构优化，降低应力水平，保证螺栓2是结构薄弱部位，达到考核目的；
步骤三、根据有限元结果及理论计算，对试验件进行应变片的布置，依据应变值变化来进行试验状态监控；
步骤四、进行疲劳试验时，通过两端的夹持面11夹持，可以直接在疲劳试验机进行疲劳试验；
步骤五、根据试验结果，进行数据处理，通过标准应力-疲劳寿命曲线方法计算螺栓倾斜安装受拉伸载荷作用的细节疲劳额定值，提供设计参考依据。
所述的的步骤一中螺栓安装的具体方式为：
螺栓2安装在夹持面两侧，两个孔14的轴线关于加载线对称，装配时两个螺栓2的螺栓头在同一侧，消除孔14倾斜引起的偏心弯矩。
本发明的有益效果是：本发明根据螺栓倾斜安装情况下的受力特点出发，从DFR值测试的角度给出了一种用于测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及方法，本发明的试验件及测试方法解决了螺栓倾斜安装受拉状态由于受力状态复杂、加载困难而导致受拉DFR值不易测试的难题，可为螺栓倾斜安装问题的处理提供了试验依据。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的螺栓倾斜安装示意图；
图3是本发明的试验件加载示意图；
图4是角盒等轴示意图；
图5是试验件的正视图；
图6是试验件的左视图；
图7是试验件的俯视图；
其中，1为角盒，2为螺栓，11为夹持面，12为安装底面，13为加强筋，14为孔，R1、R2、R3、R4为试验件内部圆角，L为试验件长度，H为试验件高度，W为试验件宽度，b1为夹持面厚度，b2为安装底面厚度，b3为加强筋厚度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
如图2至图4所示：本发明的测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件由两个相同的螺栓2和角盒1组成；所述的角盒1具有夹持面11，安装底面12，在夹持面11和安装底面12的结合处的两侧有加强筋13，安装底面12上开有供螺栓倾斜连接使用的孔14，除孔14外，两个角盒为对称结构；所述的螺栓21和螺栓22对称安装在安装底面上，且螺栓轴线与安装底面的法线不平行，且两个螺栓的轴线构成的平面垂直于安装底面和夹持面。
所述的夹持面11用于试验机加载；所述的安装底面12用于螺栓的安装；所述的两侧的加强筋13有助于传递载荷降低结构应力水平。
R1、R2、R3、R4为试验件内部圆角，通过有限元建模分析优化确定，降低结构应力水平，达到考核螺栓的目的。
如图5-图7所示，本发明的测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件的角盒1的结构尺寸包括：长L，宽W，高H、夹持面11的厚度b1、安装底面12的厚度b2、加强筋13的厚度b3。
本发明的测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的方法流程图如图1所示，以某一具体实例为例，具体步骤如下：
已知：某型螺栓直径为8mm，长度24mm，抗拉载荷50kN，螺栓倾斜安装3°。
步骤一、根据螺栓的牌号、尺寸和抗拉载荷Pmax初步确定螺栓倾斜安装拉伸疲劳试验试验件的材料、结构尺寸，试验件材料为30CrMnSiA合金钢，L＝150mm，H＝240mm，W＝80mm，b1＝20mm，b2＝12mm，b3＝10mm，试验载荷谱为Pmax＝36kN，应力比R＝0.06，试验件共9件。螺栓安装在夹持面两侧，两个螺栓孔的轴线关于加载线对称，螺栓孔倾斜3°，螺栓装配时两个螺栓的螺栓头在同一侧，消除螺栓孔倾斜引起的偏心弯矩；
步骤二、达到考核目的，根据试验件结构形式建立有限元模型进行应力分析，优化目的是降低结构应力水平，保证螺栓是结构薄弱部位；根据应力结果对试验件进行结构优化，优化后R1＝10mm，R2＝10mm，R3＝10mm，R4＝5mm；
步骤三、根据有限元结果及理论计算，对试验件进行应变片的布置，依据应变值变化来进行试验状态监控；
步骤四、进行疲劳试验时，通过两端的平面夹持，直接在MTS疲劳试验机进行疲劳试验，加载简单方便，加快试验速度；
步骤五、试验件的寿命分别为：50000，55000，53000，68000，61000，72000，46000，58000，63000，特征寿命为[1/9*(50000^3+55000^3+53000^3+68000^3+61000^3+72000^3+46000^3+58000^3+63000^3+)]^(1/3)＝59516，试件系数ST＝1.3，置信系数SC＝0.92，可靠性系数SR＝2.7，可靠性寿命为59516/1.3/0.92/2.7＝18430，X＝2^(5-lg(18430))＝1.6638，DFR＝620*168.3/(0.47*1.6638*(620-189.8)+0.53*168.3)＝245.2MPa。
本发明根据螺栓倾斜安装情况下的受力特点出发，从DFR值测试的角度给出了一种用于测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件及测试方法，本发明的试验件及测试方法解决了螺栓倾斜安装受拉状态由于受力状态复杂、加载困难而导致受拉DFR值不易测试的难题，可为螺栓倾斜安装问题的处理提供了试验依据。

Claims (4)

1.一种测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件，其特征在于：所述的测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的试验件由一对螺栓（2）和一对角盒（1）组成；所述的角盒（1）具有夹持面（11），安装底面（12），在夹持面（11）和安装底面（12）的结合处的两侧有加强筋（13），安装底面（12）上开有供螺栓（2）倾斜连接使用的孔（14），除孔（14）外，两个角盒为对称结构；
所述的螺栓（2）对称安装在安装底面（12）上，螺栓轴线与安装底面（12）的法线不平行，由两个螺栓（2）的轴线构成的平面垂直于安装底面和夹持面；所述的螺栓（2）安装在夹持面两侧，两个孔（14）的轴线关于加载线对称，装配时两个螺栓（2）的螺栓头在同一侧；
所述的夹持面（11）与试验机连接；螺栓（2）安装在所述的安装底面（12）上；所述的加强筋（13）传递载荷。
2.根据权利要求1所述的试验件，其特征在于：所述的角盒（1）的结构尺寸、试验载荷谱根据螺栓的牌号、尺寸、抗拉载荷和试验的倾斜角度确定。
3.根据权利要求1所述的试验件，其特征在于：所述的角盒（1）的结构尺寸包括：长L，宽W，高H、夹持面（11）的厚度b1、安装底面（12）的厚度b2、加强筋（13）的厚度b3。
4.利用权利要求1至3任一项所述的试验件测试螺栓倾斜安装受拉细节疲劳额定值的方法，其特征在于：所述的测试方法步骤如下：
步骤一、初步确定所述试验件的结构尺寸、试验载荷谱和试验件数量，螺栓（2）安装在夹持面两侧；
步骤二、根据试验件结构形式建立有限元模型进行应力分析，根据应力结果对试验件进行结构优化使得螺栓（2）是结构薄弱部位；
步骤三、根据有限元结果及理论计算，对试验件进行应变片的布置，依据应变值变化来进行试验状态监控；
步骤四、进行疲劳试验时，通过两端的夹持面（11）夹持，可以直接在疲劳试验机进行疲劳试验；
步骤五、根据试验结果，进行数据处理，通过标准应力-疲劳寿命曲线计算螺栓倾斜安装受拉伸载荷作用的细节疲劳额定值。
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