CN109558644A - 一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法 - Google Patents

一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法，具体步骤如下：步骤1：将飞机受拉接头简化为只包含垫圈底座(1)、螺母(2)、预紧力垫圈(3)的几何模型；步骤2：在有限元分析软件中建立步骤1所述几何模型的有限元模型；步骤3：将垫圈底座(1)、螺母(2)、预紧力垫圈(3)的几何模型；步骤4：分别建立预紧力垫圈(3)表面与螺母(2)下表面的接触关系；步骤5：对垫圈底座(1)、螺母(2)、预紧力垫圈(3)的几何模型划分网格；步骤6：选用静力非线性分析步；步骤7：在螺母(2)上施加位移载荷并记录任一点的多个位移量。本发明通过一定材料和参数垫圈的塑性变形以确定螺栓所受的预紧力，具有工艺简单、成本低、性能可靠等优点。

Description

一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法
技术领域
本发明涉及机械结构强度领域，尤其涉及一种预紧力垫圈的设计方法。
背景技术
受拉接头在最先进的民机B787和A350垂尾-机身对接中均得到应用，其通过先进的技术手段控制受拉螺栓的预紧力。而国内在受拉接头设计对预紧力力的控制不是很严格，且预紧力垫圈多数选用国外的。
发明内容
发明目的：提出了一套求解垫圈受压变形到一定程度时的预紧力的方法。
技术方案：一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法，具体步骤如下：
步骤1：将飞机受拉接头简化为只包含垫圈底座1、螺母2、预紧力垫圈3的几何模型；
步骤2：在有限元分析软件中建立步骤1所述几何模型的有限元模型；有限元模型空间采用轴对称界面，垫圈底座和螺母采用硬质材料，垫圈采用软质材料，在垫圈材料中输入真实塑性应力-应变数据；
步骤3：将垫圈底座1、螺母2、预紧力垫圈3的几何模型:进行定位装配；
步骤4：分别建立预紧力垫圈3表面与螺母2下表面、预紧力垫圈3表面和垫圈底座1上表面的接触关系；
步骤5：对垫圈底座1、螺母2、预紧力垫圈3的几何模型划分网格，网格单元采用轴对称多节点杂交元；
步骤6：选用静力非线性分析步；
步骤7：在螺母2上施加位移载荷并记录任一点的多个位移量，在垫圈底座1上施加固定约束，并提取预紧力，以获得预紧力垫圈3的刚度曲线。
优选地，步骤2-7均使用Abaqus软件。
优选地，步骤5中网格单元采用轴对称8节点杂交元。
优选地，步骤7中记录任一点的位移量数值需满足形成一个连续的刚度曲线的要求。
优选地，垫圈底座1和螺母2采用钢质材料。
优选地，预紧力垫圈3采用铝合金材料或橡胶材料。
技术效果：本发明通过一定材料和参数垫圈的塑性变形以确定螺栓所受的预紧力，具有工艺简单、成本低、性能可靠等优点。
附图说明
图1为飞机受拉接头简化模型图；
图2为网格划分图；
图3为应力云图；
图4为刚度曲线图；
图5为实施例几何参数图；
图6为实施例刚度曲线图。
具体实施方式
结合图1-4，详细说明本发明细节。
一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法，具体步骤如下：
步骤1：如图1所示，将飞机受拉接头简化为只包含垫圈底座1、螺母2、预紧力垫圈3的几何模型；
步骤2：在有限元分析软件中建立步骤1所述几何模型的有限元模型；有限元模型空间采用轴对称界面，垫圈底座和螺母采用硬质材料，垫圈采用软质材料，在垫圈材料中输入真实塑性应力-应变数据；
步骤3：将垫圈底座1、螺母2、预紧力垫圈3的几何模型:进行定位装配；
步骤4：分别建立预紧力垫圈3表面与螺母2下表面、预紧力垫圈3表面和垫圈底座1上表面的接触关系；
步骤5：如图2所示，对垫圈底座1、螺母2、预紧力垫圈3的几何模型划分网格，网格单元采用轴对称多节点杂交元；
步骤6：选用静力非线性分析步；
步骤7：如图3所示，在螺母2上施加位移载荷并记录任一点的多个位移量，在垫圈底座1上施加固定约束，并提取预紧力，以获得预紧力垫圈3的刚度曲线，如图4所示。
实施例
受拉接头几何模型如图5所示，具体参数如下，钢制材料E＝206Gpaυ＝0.3；铝合金材料E＝71Gpaυ＝0.33；
按照上述步骤进行材料输入和计算分析，真实塑性应力和塑性应变数据如下：
真实应力 塑性应变
350 0
368.71 0.001
376.5 0.002
391.98 0.005
403.15 0.008
412.36 0.011
422.87 0.015
444.17 0.025
461.5 0.035
507.9 0.07
581.5 0.15
649.17 0.25
704.22 0.35
728.78 0.4
751.85 0.45
773.68 0.5
794.44 0.55
814.28 0.6
得出预紧力垫圈的刚度曲线，如图6所示。

Claims (6)

1.一种飞机受拉接头预紧力垫圈的设计方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：将飞机受拉接头简化为只包含垫圈底座(1)、螺母(2)、预紧力垫圈(3)的几何模型；
步骤2：在有限元分析软件中建立步骤1所述几何模型的有限元模型；有限元模型空间采用轴对称界面，垫圈底座和螺母采用硬质材料，垫圈采用软质材料，在垫圈材料中输入真实塑性应力-应变数据；
步骤3：将垫圈底座(1)、螺母(2)、预紧力垫圈(3)的几何模型:进行定位装配；
步骤4：分别建立预紧力垫圈(3)表面与螺母(2)下表面、预紧力垫圈(3)表面和垫圈底座(1)上表面的接触关系；
步骤5：对垫圈底座(1)、螺母(2)、预紧力垫圈(3)的几何模型划分网格，网格单元采用轴对称多节点杂交元；
步骤6：选用静力非线性分析步；
步骤7：在螺母(2)上施加位移载荷并记录任一点的多个位移量，在垫圈底座(1)上施加固定约束，并提取预紧力，以获得预紧力垫圈(3)的刚度曲线。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤2-7均使用Abaqus软件。
3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤5中网格单元采用轴对称8节点杂交元。
4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤7中记录任一点的位移量数值需满足形成一个连续的刚度曲线的要求。
5.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，垫圈底座(1)和螺母(2)采用钢质材料。
6.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，预紧力垫圈(3)采用铝合金材料或橡胶材料。
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