CN114659761B - 一种疲劳试件装配结构及零件疲劳实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机设计制造领域，公开了一种疲劳试件装配结构及零件疲劳实验方法。疲劳试件装配结构包括试件和夹持块，试件包括凹陷部和水平部，凹陷部的两端分别连接有水平部，凹陷部具有凹槽，水平部与凹槽的槽口平齐，试件具有凹槽的侧面设置有加强筋，试件的数量为两个，两个试件呈中心对称设置，且两个试件的凹陷部相连并形成测试体，凹槽的槽口朝向测试体的外侧，凹陷部开设有测试孔，以使试件的疲劳裂纹发生于测试孔的位置处，夹持块的数量为两个，测试体的两端分别与对应的夹持块固定相连。将两个试件中心对称布置，使得两个试件的形心与载荷中心保持一致，提高了试件的疲劳测试的精度和准确性。夹持块提高了夹持试件的便利性。

Description

一种疲劳试件装配结构及零件疲劳实验方法

技术领域

本发明属于飞机设计制造领域，尤其涉及一种疲劳试件装配结构及零件疲劳实验方法。

背景技术

疲劳安全寿命设计是飞机结构设计的重要准则。由于减重和装配要求，大部分型材零件均需要在较小的区域存在凹陷结构。该凹陷结构改变了型材零件的传力路径，并在凹陷成形中存在较大塑性变形，因此需要评估其疲劳性能。

目前，型材零件的疲劳实验存在的问题是：型材上具有凹陷结构的表面通常设置有加强筋，导致型材夹持难度加大，稳定性较低。而且，由于凹陷结构与加强筋导致型材的形心与载荷中心不一致，导致型材在疲劳实验过程中出现偏扭，不能有效、准确地测试型材的疲劳性能。

因此，需要一种疲劳试件装配结构及零件疲劳实验方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种疲劳试件装配结构，以解决试件的形心与载荷中心不一致，导致试件的疲劳实验的精度较低的问题。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种疲劳试件装配结构，包括试件，所述试件包括凹陷部和水平部，所述凹陷部的两端分别连接有所述水平部，所述凹陷部具有凹槽，所述水平部与所述凹槽的槽口平齐，所述试件具有所述凹槽的侧面设置有加强筋，还包括：

所述试件的数量为两个，两个所述试件呈中心对称设置，且两个所述试件的所述凹陷部相连并形成测试体，所述凹槽的槽口朝向所述测试体的外侧；所述凹陷部开设有测试孔，以使所述试件的疲劳裂纹发生于所述测试孔的位置处；

夹持块，所述夹持块的数量为两个，所述测试体的两端分别与对应的所述夹持块固定相连。

优选地，位于所述测试体同一端的两个水平部围设形成与所述夹持块插接配合的插槽，所述水平部背离所述加强筋的侧面形成所述插槽的槽壁。

优选地，所述水平部上开设有固定孔，在所述夹持块上对应开设有贯穿孔，所述夹持块插接于对应的所述插槽时，所述固定孔与对应的所述贯穿孔同轴设置，并共同与紧固件配合，以使所述测试体与所述夹持块固定连接。

优选地，所述紧固件为高锁螺钉。

优选地，所述凹陷部还开设有通孔，两个所述试件的所述凹陷部通过所述通孔固定连接。

优选地，所述通孔的数量为多个，多个所述通孔呈阵列分布。

优选地，所述夹持块的厚度为h，所述凹槽的槽深为t，h≥2t。

优选地，所述测试孔为圆孔。

本发明的另一个目的在于提供一种零件疲劳实验方法，以解决试件的形心与载荷中心不一致，导致试件的疲劳实验的精度较低的问题。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种零件疲劳实验方法，适用于上述的疲劳试件装配结构，包括：

制备至少两个所述夹持块；

在所述试件上的所述凹陷部加工所述测试孔；

将两个所述夹持块与两个所述试件装配形成所述测试体，所述测试体通过所述夹持块安装于疲劳实验装置；

开启所述疲劳实验装置，对所述测试体进行疲劳实验，并获取所述测试体的疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线。

优选地，在所述试件的所述凹陷部加工所述测试孔的同时，在所述水平部上加工固定孔，在所述凹陷部上加工通孔。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种疲劳试件装配结构及零件疲劳实验方法，将两个试件中心对称布置，使得两个试件的形心与载荷中心保持一致，避免试件在疲劳实验中出现偏扭变形，提高了试件的疲劳实验的精度和准确性。将两个试件与夹持块固定连接，疲劳实验装置能够通过夹持块实现试件的固定，装夹方便，提高了夹持试件的稳定性。

此外，在试件的凹槽部开设有测试孔，并使试件的疲劳裂纹出现在测试孔的位置，使得发生疲劳裂纹的位置可控，提高了试件的疲劳测试精度。同时，避免了试件上增加蒙皮或其他辅助材料后，疲劳裂纹位置不固定的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的劳试件装配结构的剖视图；

图2是本发明实施例提供的劳试件装配结构的端面视图；

图3是本发明实施例提供的零件疲劳实验方法的流程图。

图中部件名称和标号如下：

1、试件；11、凹陷部；111、测试孔；112、通孔；12、水平部；121、固定孔；2、夹持块；21、贯穿孔。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在飞机的结构部件中，由于减重和装配要求，大部分型材零件均在较小的区域存在下陷结构，且设置有加强筋。具体地，本实施例的试件1包括凹陷部11和水平部12，凹陷部11的两端分别连接有水平部12，凹陷部11具有凹槽，水平部12与凹槽的槽口平齐，试件1具有凹槽的侧面设置有加强筋(图中未显示)。该凹槽的纵向截面为梯形，槽底水平设置，槽壁倾斜设置，使得凹槽为等腰梯形槽。试件1上具有凹槽的侧面的部分区域或全部区域设置有加强筋，以提高试件1的结构强度。

由于试件1上具有凹槽以及加强筋，导致试件1的形心与载荷中心不一致，试件1在疲劳试验中容易出现偏扭变形，不能有效、准确地检测试件1的疲劳性能。而且，加强筋导致试件1在疲劳实验中夹持不便，试件1的稳定性较差，不利于疲劳实验的顺利进行。

为解决上述问题，如图1和图2所示，本实施例公开了一种疲劳试件装配结构，疲劳试件装配结构包括试件1，还包括夹持块2。试件1的数量为两个，两个试件1呈中心对称设置，且两个试件1的凹陷部11相连并形成测试体，凹槽的槽口朝向测试体的外侧。凹陷部11开设有测试孔111，以使试件1的疲劳裂纹发生于测试孔111的位置处。夹持块2的数量为两个，测试体的两端分别与对应的夹持块2固定相连。

将两个试件1中心对称布置，使得两个试件1的形心与载荷中心保持一致，避免试件1在疲劳实验中出现偏扭变形，提高了试件1的疲劳实验的精度和准确性。将两个试件1与夹持块2固定连接，疲劳实验装置能够通过夹持块2实现试件1的固定，装夹方便，提高了装夹试件1的稳定性。

此外，在试件1的凹槽部开设有测试孔111，且使试件1的疲劳裂纹出现在测试孔111的位置，使得发生疲劳裂纹的位置可控，提高了试件1的疲劳实验的精度。同时，避免了试件1上增加蒙皮或其他辅助材料后，疲劳裂纹位置不固定的问题。

本实施例的测试孔111为圆孔，便于加工制造，应力集中较小，有利于准确测试疲劳试件装配结构的疲劳性能。圆孔的开口尺寸为圆孔的直径。

具体地，圆孔的直径大于等于临界值。当圆孔的直径小于临界值时，疲劳试件装配结构的疲劳裂纹一般发生于凹槽的槽底与槽壁相连的位置。当圆孔的直径大于等于临界值时，疲劳试件装配结构的疲劳裂纹发生于圆孔所在的位置。

测试孔111的直径的临界值需要根据疲劳试件装配结构在疲劳试验的实验结果进行调节。对具有不同直径的测试孔111的疲劳试件装配结构进行多次疲劳实验，直至确定测试孔111的直径的临界值。

测试孔111使得疲劳试件装配结构的疲劳裂纹发生位置可控，易于观察和判断，实验结果直观、可靠。

疲劳实验装置通过夹持块2实现试件1在疲劳实验装置的固定安装。

夹持块2的厚度为h，凹槽的槽深为t，h≥2t。为了能够被疲劳实验装置稳定夹持并传递实验载荷力，夹持块2的厚度大于等于两倍的凹槽的槽深，使其保证足够的强度。本实施例的夹持块2为矩形块，厚度为凹槽深度的两倍，以尽量降低夹持块2的重量，夹持块2的宽度和长度可以根据实际的实验需求进行调整。

位于测试体同一端的两个水平部12围设形成与夹持块2插接配合的插槽，水平部12背离加强筋的侧面形成插槽的槽壁。两个试件1的凹槽的外顶壁相连，使得测试体同一侧的两个水平部12围设形成U型槽，两个夹持块2分别插接于对应的U型槽内，实现了夹持块2与试件1的限位配合。插槽的槽壁为水平部12背离加强筋的侧面，避免了加强筋影响试件1与夹持块2的插接配合，便于试件1被牢固夹持。

为了进一步提高了疲劳试件装配结构的装配稳定性，夹持块2与试件1通过螺栓连接固定。

水平部12上开设有固定孔121，在夹持块2上对应开设有贯穿孔21，夹持块2插接于对应的插槽时，固定孔121与对应的贯穿孔21同轴设置，并共同与紧固件配合，以使测试体与夹持块2固定连接。

参与形成同一插槽的两个水平部12均开设有多个固定孔121，紧固件依次穿过固定孔121与贯穿孔21，将测试体与夹持块2固定连接。

本实施例的紧固件为高锁螺钉。高锁螺钉相对于普通的螺栓或螺钉，能够提高试件1与夹持块2的连接位置的疲劳强度。高锁螺钉的数量与水平部12上的固定孔121的数量相同，且一一对应穿设。具体地，根据疲劳实验所施加的载荷力确定使用高锁螺钉的数量，以保证在进行疲劳实验时疲劳裂纹不会出现在试件1与夹持块2的连接位置。

在其他实施例中，紧固件还可以为螺栓、螺钉或销轴等常见的连接件。

在测试体中，两个凹陷部11的外侧壁可以通过焊接、粘接或螺栓连接固定。本实施例的两个试件1通过螺栓连接固定，以形成测试体。

如图2所示，凹陷部11还开设有通孔112，两个试件1的凹陷部11通过通孔112固定连接。使用螺钉依次穿过不同试件1上的两个通孔112，将两个凹陷部11固定。

为了防止两个试件1在疲劳实验的过程中脱开，通孔112的数量为多个，多个通孔112呈阵列分布。多个螺钉穿设于对应的通孔112内。

如图3所示，本实施例还公开了一种零件疲劳实验方法，该零件疲劳实验方法适用于上述的疲劳试件装配结构。

该零件疲劳实验方法包括：

S1：制备至少两个夹持块2；

S2：在试件1上的凹陷部11加工测试孔111；

S3：将两个夹持块2与两个试件1装配形成测试体，测试体通过夹持块2安装于疲劳实验装置；

S4：开启疲劳实验装置，对测试体进行疲劳实验，并获取测试体的疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线。

在对试件1进行疲劳试验之前，需要制备夹持块2，并对试件1进行加工。

具体地，制备多个夹持块2，便于夹持块2的更换或同时组装多个疲劳试件装配结构。每个夹持块2的厚度为试件1的凹槽的槽深的两倍，并在夹持块2上开设多个贯穿孔21。

在试件1的凹陷部11加工测试孔111的同时，在水平部12上加工固定孔121，在凹陷部11上加工通孔112。

试件1的加工过程为：在试件1的凹槽部开设一个测试孔111和多个通孔112，并在试件1的水平部12开设多个固定孔121。测试孔111的开口尺寸大于等于临界值，以使疲劳裂纹发生在测试孔111所在的位置。

最后将两个试件1与两个夹持块2组装成上述的疲劳试件装配结构，将该疲劳试件装配结构的夹持块2安装于疲劳试验装置的测试平台，按照普通平板的疲劳实验流程测试疲劳试件装配结构的疲劳性能，最终得到疲劳试件装配结构的疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线，即，S-N曲线。

由于普通平板的疲劳试验流程为本领域内的常规实验步骤，在此不再进行赘述。

可以多次重复该零件疲劳实验方法的实验步骤，获取多组S-N曲线，提高实验的准确性。

本实施例的零件疲劳实验方法可以用于任何具有加强筋及凹陷结构的试件的疲劳试验。采用该零件疲劳实验方法，夹持块2及试件1的制备加工工艺简单，加工周期端，成本较低，获得的S-N曲线精度较高。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种疲劳试件装配结构，包括试件(1)，所述试件(1)包括凹陷部(11)和水平部(12)，所述凹陷部(11)的两端分别连接有所述水平部(12)，所述凹陷部(11)具有凹槽，所述水平部(12)与所述凹槽的槽口平齐，所述试件(1)在所述凹槽的侧面具有加强筋，其特征在于，还包括：

所述试件(1)的数量为两个，两个所述试件(1)呈中心对称设置，且两个所述试件(1)的所述凹陷部(11)相连并形成测试体，所述凹槽的槽口朝向所述测试体的外侧；所述凹陷部(11)开设有测试孔(111)，以使所述试件(1)的疲劳裂纹发生于所述测试孔(111)的位置处；

夹持块(2)，所述夹持块(2)的数量为两个；

位于所述测试体同一端的两个水平部(12)围设形成与所述夹持块(2)插接配合的插槽，两个所述夹持块(2)分别插接于所述插槽中。

2.根据权利要求1所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述水平部(12)背离所述加强筋的侧面形成所述插槽的槽壁。

3.根据权利要求2所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述水平部(12)上开设有固定孔(121)，在所述夹持块(2)上对应开设有贯穿孔(21)，所述夹持块(2)插接于对应的所述插槽时，所述固定孔(121)与对应的所述贯穿孔(21)同轴设置，并共同与紧固件配合，以使所述测试体与所述夹持块(2)固定连接。

4.根据权利要求3所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述紧固件为高锁螺钉。

5.根据权利要求1所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述凹陷部(11)还开设有通孔(112)，两个所述试件(1)的所述凹陷部(11)通过所述通孔(112)固定连接。

6.根据权利要求5所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述通孔(112)的数量为多个，多个所述通孔(112)呈阵列分布。

7.根据权利要求1所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述夹持块(2)的厚度为h，所述凹槽的槽深为t，h≥2t。

8.根据权利要求1所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，所述测试孔(111)为圆孔。

9.一种零件疲劳实验方法，适用于权利要求1-8中任一项所述的疲劳试件装配结构，其特征在于，包括：

制备至少两个所述夹持块(2)；

在所述试件(1)上的所述凹陷部(11)加工所述测试孔(111)；

将两个所述夹持块(2)与两个所述试件(1)装配形成所述测试体，所述测试体通过所述夹持块(2)安装于疲劳实验装置；

开启所述疲劳实验装置，对所述测试体进行疲劳实验，并获取所述测试体的疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线。

10.根据权利要求9所述的零件疲劳实验方法，其特征在于，在所述试件(1)的所述凹陷部(11)加工所述测试孔(111)的同时，在所述水平部(12)上加工固定孔(121)，在所述凹陷部(11)上加工通孔(112)。