CN112758350A - 一种与气密顶板连接的框接头结构试验件及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机结构细节耐久性试验技术领域，公开了一种与气密顶板连接的框接头结构试验件及试验方法，用于验证考核与气密顶板连接框接头这一结构关键细节，巧妙的绕开了原本需要大型全尺寸试验验证的繁杂设计与时间消耗，将影响该结构主要寿命指标的结构细节快速剥离出来，对结构关键细节采用小型试验件，通过标准试验机即可开展该结构细节耐久性试验验证工作。

Description

一种与气密顶板连接的框接头结构试验件及试验方法
技术领域
本发明属于飞机结构细节耐久性试验技术领域，尤其涉及一种与气密顶板连接的框接头结构试验件及试验方法。
背景技术
对于上单翼飞机(如图1所示)结构，机身前后气密顶板位于翼身连接前后区域，其主要功能包括1、承受机身充压的气密载荷；2、协调机翼与机身相对位移。
由于气密顶板通常为平板结构，其与机身侧壁板连接截面拐折区结构必然成为结构变形协调和寿命控制的关键结构(如图2所示)。该结构位于机身连接过渡区，载荷边界条件复杂，设计考核中往往需要采用全尺寸机翼身“十字架”试验或全机试验进行验证，经济成本高，验证周期长，往往不能满足飞机结构详细设计阶段该结构细节耐久性设计评估工作，甚至错过最佳改进时机。
发明内容
本发明的目的是提供一种与气密顶板连接框接头疲劳试验方法。用于验证考核与气密顶板连接框接头这一结构关键细节，巧妙的绕开了原本需要大型全尺寸试验验证的繁杂设计与时间消耗，将影响该结构主要寿命指标的结构细节快速剥离出来，对结构关键细节采用小型试验件，通过标准试验机即可开展该结构细节耐久性试验验证工作。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种与气密顶板连接的框接头结构试验件，所述框接头结构试验件包括：气密顶板横梁1、两个连接框接头2、两个机身框3，一个连接框接头2与一个机身框3连接并在气密顶板横梁1的一端的一侧布置，另一个连接框接头2与另一个机身框3连接并在气密顶板横梁1的一端的另一侧布置，形成“人”字结构；在气密顶板横梁1的另一端部设置通孔，通过所述通孔固定气密顶板横梁1，所述机身框3开螺栓孔，作为加载端，用于连接试验加载夹具。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述一个连接框接头2与一个机身框3通过第一紧固件连接，另一个连接框接头2与另一个机身框3通过第二紧固件连接，所述第一紧固件、第二紧固件相同，且为螺栓或者铆钉。
(2)气密顶板横梁1为一个整体结构，包含左蒙皮、筋条、右蒙皮，用于模拟两个背靠背的气密顶板。
(2)所述机身框为Z型框、L型框、T形框、“工”型框。
技术方案二：
一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的试验方法，所述方法基于技术方案一所述的框接头结构试验件实现，所述方法包括：
S1，在全机模型中提取真实气密顶板连接框接头三个关键点在某一工况下的相对变形，所述三个关键点为：连接框接头与气密顶板横梁连接的两个端点，以及连接框接头与机身框的连接点；相对变形表示两个端点以及连接点构成的夹角变化量，所述夹角变化量对应机身框的轴向位移和垂向位移；
S2，确定所述框接头结构试验件的有限元模型，在有限元模型中的机身框3的加载端加载机身框的轴向位移和垂向位移；
S3，在有限元模型中的机身框的加载端施加轴向位移和垂向位移对应的等效载荷，将试验件加载由位移控制改为载荷控制；
S4，根据所述等效载荷对框接头结构试验件的机身框的加载端施加载荷，得到框接头结构试验件的强度性能。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)S3之后S4之前，所述方法还包括：
检查框接头结构试验件的钉传载荷，并与全机对应部位的钉传载荷进行比较后，对试验加载载荷进行修正，使得框接头结构试验件的钉传载荷与全机对应部位的钉传载荷一致。
(2)S4中，框接头结构试验件的强度性能具体包括：
在静强度性能下，对框接头结构试验件的机身框的加载端逐级施加载荷直到框接头结构试验件失效，确定最大静强度承载值。
(3)S4中，框接头结构试验件的强度性能具体包括：
在疲劳强度性能下根据所述等效载荷，在不同的应力比下对框接头结构试验件的机身框的加载端施加循环载荷直到框接头结构试验件失效，得到框接头结构试验件的疲劳寿命值。
本发明技术方案试验规模小，简单易操作。可以用于研究气密顶板与机身侧壁连接关键结构细节应力分布规律、连接钉载分配关系和疲劳特性，可尽早暴露设计的不足，及时改进，大幅降低由于结构前期设计不足导致设计更改的安全风险和经济成本。
附图说明
图1为现有上单翼飞机结构示意图；
图2为气密顶板与机身侧壁连接区示意图；
图3为本发明实施例提供的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种与气密顶板连接框接头结构试验件，如图3所示，由气密顶板横梁夹具1、连接框接头2、普通框3组成，连接框接头2与普通框3在气密顶板横梁夹具1左右两侧对称布置，采用“人”字结构连接，在气密顶板横梁夹具1端部固定，并在普通框3开螺栓孔供试验加载使用。
具体的，
所述框接头结构试验件包括：气密顶板横梁1、两个连接框接头2、两个机身框3，一个连接框接头2与一个机身框3连接并在气密顶板横梁1的一端的一侧布置，另一个连接框接头2与另一个机身框3连接并在气密顶板横梁1的一端的另一侧布置，形成“人”字结构；在气密顶板横梁1的另一端部设置通孔，通过所述通孔固定气密顶板横梁1，所述机身框3开螺栓孔，作为加载端，用于连接试验加载夹具。
进一步的：
(1)所述一个连接框接头2与一个机身框3通过第一紧固件连接，另一个连接框接头2与另一个机身框3通过第二紧固件连接，所述第一紧固件、第二紧固件相同，且为螺栓或者铆钉。
(2)气密顶板横梁1为一个整体结构，包含左蒙皮、筋条、右蒙皮，用于模拟两个背靠背的气密顶板。
(2)所述机身框为Z型框、L型框、T形框、“工”型框。
本发明实施例还提供一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的试验方法，所述方法基于上述的框接头结构试验件实现，所述方法包括：
S1，在全机模型中提取真实气密顶板连接框接头三个关键点在某一工况下的相对变形，所述三个关键点为：连接框接头与气密顶板横梁连接的两个端点，以及连接框接头与机身框的连接点；相对变形表示两个端点以及连接点构成的夹角变化量，所述夹角变化量对应机身框的轴向位移和垂向位移；
S2，确定所述框接头结构试验件的有限元模型，在有限元模型中的机身框3的加载端加载机身框的轴向位移和垂向位移；
S3，在有限元模型中的机身框的加载端施加轴向位移和垂向位移对应的等效载荷，将试验件加载由位移控制改为载荷控制；
S4，根据所述等效载荷对框接头结构试验件的机身框的加载端施加载荷，得到框接头结构试验件的强度性能。
(1)S3之后S4之前，所述方法还包括：
检查框接头结构试验件的钉传载荷，并与全机对应部位的钉传载荷进行比较后，对试验加载载荷进行修正，使得框接头结构试验件的钉传载荷与全机对应部位的钉传载荷一致。
(2)S4中，框接头结构试验件的强度性能具体包括：
在静强度性能下，对框接头结构试验件的机身框的加载端逐级施加载荷直到框接头结构试验件失效，确定最大静强度承载值。
(3)S4中，框接头结构试验件的强度性能具体包括：
在疲劳强度性能下根据所述等效载荷，在不同的应力比下对框接头结构试验件的机身框的加载端施加循环载荷直到框接头结构试验件失效，得到框接头结构试验件的疲劳寿命值。
本发明技术方案试验规模小，简单易操作。可以用于研究气密顶板与机身侧壁连接关键结构细节应力分布规律、连接钉载分配关系和疲劳特性，可尽早暴露设计的不足，及时改进，大幅降低由于结构前期设计不足导致设计更改的安全风险和经济成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种与气密顶板连接的框接头结构试验件，其特征在于，所述框接头结构试验件包括：气密顶板横梁(1)、两个连接框接头(2)、两个机身框(3)，一个连接框接头(2)与一个机身框(3)连接并在气密顶板横梁(1)的一端的一侧布置，另一个连接框接头(2)与另一个机身框(3)连接并在气密顶板横梁(1)的一端的另一侧布置，形成“人”字结构；在气密顶板横梁(1)的另一端部设置通孔，通过所述通孔固定气密顶板横梁(1)，所述机身框(3)开螺栓孔，作为加载端，用于连接试验加载夹具。
2.根据权利要求2所述的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件，其特征在于，所述一个连接框接头(2)与一个机身框(3)通过第一紧固件连接，另一个连接框接头(2)与另一个机身框(3)通过第二紧固件连接，所述第一紧固件、第二紧固件相同，且为螺栓或者铆钉。
3.根据权利要求2所述的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件，其特征在于，气密顶板横梁(1)为一个整体结构，包含左蒙皮、筋条、右蒙皮，用于模拟两个背靠背的气密顶板。
4.根据权利要求1所述的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件，其特征在于，所述机身框为Z型框、L型框、T形框、“工”型框。
5.一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的试验方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-4中任一项所述的框接头结构试验件实现，所述方法包括：
S1，在全机模型中提取真实气密顶板连接框接头三个关键点在某一工况下的相对变形，所述三个关键点为：连接框接头与气密顶板横梁连接的两个端点，以及连接框接头与机身框的连接点；相对变形表示两个端点以及连接点构成的夹角变化量，所述夹角变化量对应机身框的轴向位移和垂向位移；
S2，确定所述框接头结构试验件的有限元模型，在有限元模型中的机身框3的加载端加载机身框的轴向位移和垂向位移；
S3，在有限元模型中的机身框的加载端施加轴向位移和垂向位移对应的等效载荷，将试验件加载由位移控制改为载荷控制；
S4，根据所述等效载荷对框接头结构试验件的机身框的加载端施加载荷，得到框接头结构试验件的强度性能。
6.根据权利要求5所述的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的试验方法，其特征在于，S3之后S4之前，所述方法还包括：
检查框接头结构试验件的钉传载荷，并与全机对应部位的钉传载荷进行比较后，对试验加载载荷进行修正，使得框接头结构试验件的钉传载荷与全机对应部位的钉传载荷一致。
7.根据权利要求5所述的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的试验方法，其特征在于，S4中，框接头结构试验件的强度性能具体包括：
在静强度性能下，对框接头结构试验件的机身框的加载端逐级施加载荷直到框接头结构试验件失效，确定最大静强度承载值。
8.据权利要求5所述的一种与气密顶板连接的框接头结构试验件的试验方法，其特征在于，S4中，框接头结构试验件的强度性能具体包括：
在疲劳强度性能下根据所述等效载荷，在不同的应力比下对框接头结构试验件的机身框的加载端施加循环载荷直到框接头结构试验件失效，得到框接头结构试验件的疲劳寿命值。
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