CN219369379U - 一种适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具 - Google Patents

Abstract

一种适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，两块下支板平行排布；两块过渡板分别位于各下支板的两端；四块垫块分别位于该两块过渡板的两端；所述两块过渡板之间是试件连接区；连接区下夹板的两端分别固定在两块下支板中部的上表面。将试验件放置在连接区下夹板上；通过第一防弯夹板和第二防弯夹板分别将试验件夹紧，通过两块上压板将试验件压紧。本发明针对典型单剪对接连接结构的静力、疲劳试验内容，解决了试验过程连接区的防弯曲问题，并实时观测连接区的完整性状态。具有结构合理，安装工序简单，卡装效果好，可靠性高的特点。

Description

一种适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具

技术领域

本发明涉及飞机结构强度领域，具体是一种可观察与测量裂纹的形成、扩展和破坏的单剪铆钉连接结构防弯夹具。

背景技术

搭接连接方式被广泛应用于机械结构的连接构件中，在飞机蒙皮铆钉连接结构中，被连接部位均为飞机结构出现疲劳破坏的危险部位，需要进行静力试验测定与疲劳试验验证。单剪连接非常常用，一般通过螺栓连接、铆钉连接或焊接。单剪铆钉连接的大多为大面积板，因此连接位置的受力水平更应受到关注。

在进行拉伸载荷试验时，连接带板段与夹持段不在同一平面，拉伸载荷作用线偏离连接区(连接带板段)的中面位置，在连接区产生了附加弯矩，导致连接区发生弯曲变形，由此引起连接铆钉的拉脱以及钉孔应力分布不均匀等一系列问题。同时，经验说明，试验件长度越短，对试验结果影响越大。

因此，单剪连接结构需要防弯夹具来避免连接区的弯曲变形。本发明针对的典型单剪对接连接结构包括连接带板段与夹持段，由铆钉连接，将连接带板段与夹持段一端连接起来的是2×4的铆钉，夹持段承受拉伸载荷，直接在夹持段蒙皮面施加拉力。

在公开号为CN 104191394 B的发明创造中公开了一种单搭接头防弯夹具，由单搭接头试验件、夹板、螺栓、蝶形螺母和聚四氟乙烯片组成；试验件是两块板材的铆接或螺接，夹板是带孔矩形金属板，开紧固件孔和螺栓连接孔，两块夹板将单搭接头试验件夹在中间，夹板上紧固件孔与试验件上紧固件位置一一对应；聚四氟乙烯片用于减小摩擦，夹板和聚四氟乙烯片上紧固件孔以及螺栓孔位置一一对应，螺栓从一边夹板螺栓孔插入，穿过聚四氟乙烯后从另一边夹板螺栓孔穿出，再将蝶形螺母拧入螺栓。该单搭接头防弯夹具能够有效防止单搭接头在试验中产生弯曲变形，有效避免了因夹板与单搭接头试验件之间的摩擦力过大而导致的载荷施加不准确等问题。但该防弯夹具仅适用于单搭接头，在对接头中不再适用；无法观察疲劳试验过程中危险区裂纹形态。

在公告号为CN 201417216 Y的实用新型专利中公开了一种厚板搭接结构疲劳试验夹具。该夹具由两块形状相同的夹板、螺栓、两块形状相同的三角形夹板、螺钉及轴组成，夹板两个平面上均匀设有加强筋，每两条加强筋之间开有观察孔，两块夹板用螺栓连接；三角形夹板的中心开有减重孔，两块三角形夹板用三个轴在夹板的三个顶点处连接。采用两块带加强筋的夹板和三角形夹板双重夹持。避免了试验件厚度较大、偏心拉伸产生弯矩引起的弯曲变形，并具有夹持刚度大，消除试验件附加弯矩和压缩引起的横向变形，不妨碍轴向传载及变形的特点。但对于薄板连接，三角形夹板加工难度高，安装难度高、不能观察疲劳试验过程中危险区裂纹形态。

在公开号为CN 109752154 A的发明创造中公开了一种用于对接壁板结构的抗弯夹具及夹持方法。该夹具包括相对设置的上夹板、下夹板，夹板开有若干长条孔和螺纹孔；套管螺栓和圆头支点螺栓。上夹板对侧对称开有若干长条孔，孔轴线垂直于上夹板一侧边；上夹板开有若干螺纹孔，下夹板结构与上夹板完全相同。套管螺栓插入支撑套管后穿过上夹板和下夹板的长条孔，通过螺母固定上、下夹板和支撑套管，圆头支点螺栓设置于夹板的螺纹孔。具有通用性好，能够满足基本抗弯需求。但不足之处在于仅适用于带加筋壁板的对接板，平板中并不适用，且不能观察疲劳试验过程中危险区裂纹形态。

在公告号为CN 202793913 U的实用新型专利中公开了一种拉伸载荷作用下的防弯夹具。该夹具包括有上框架与下框架，以及夹紧螺栓。上框架为“曰”字形或“口”字形结构，下框架与上框架尺寸相同，为“口”字形结构，上、下框架的两侧布置螺栓孔，通过夹紧螺栓连接。能够起到基本的防弯作用，以在拉伸试验下获得准确的钉孔挤压需用应力值。但仅适用于单搭接结构，对于尺寸较大、紧固件数量多的试验件，防弯作用不明显。

发明内容

为克服现有技术中存在的安装工序复杂、适用性低、无法观测疲劳试验过程中的裂纹观测等不足，本发明提出了一种适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具。

本发明包括两块上压板、两块下支板、两块防弯夹板、两块连接区夹板、四块垫块和过渡板；其中，所述两块上压板分别为第一上压板和第二上压板；两块下支板分别为第一下支板和第二下支板；两块防弯夹板分别为第一防弯夹板和第二防弯夹板；两块夹板分别为连接区上夹板和连接区下夹板；所述垫块有四块；过渡板有两块；其中：

所述两块下支板平行排布；两块过渡板分别位于各下支板的两端，并使所述两块过渡板宽度方向的中心线与两块下支板宽度方向的中心线相互垂直；所述四块垫块分别位于该两块过渡板的两端；所述两块过渡板之间是试件连接区；连接区下夹板的两端分别固定在所述两块下支板中部的上表面；所述连接区下夹板宽度方向的中心线分别垂直于所述两块下支板宽度方向的中心线；所述四块垫块上表面与该试验件中部连接带板的上表面等高；所述第一防弯夹板和第二防弯夹板分别位于两块下支板的上方，并使该第一防弯夹板上的卡槽与第二防弯夹板上的卡槽相对；其中的第一防弯夹板的一端位于第一下支板上，另一端位于第二下支板上；使其中的第二防弯夹板的一端亦位于第一下支板上，另一端位于第二下支板上；两块上压板位于所述第一防弯夹板和第二防弯夹板的上表面；当试验件安放好以后，在该试验件的上表面安放所述连接区上夹板。

在通过螺栓将各部位固定连接时，将第一下支板的一端、一块过渡板的一端、位于该过渡板上表面的垫块、第二防弯夹板的一端和第一上压板的一端自下而上固定连接；将第一下支板的另一端、一块过渡板的另一端、位于该过渡板上表面的垫块、第二防弯夹板的另一端和第一上压板的另一端自下而上固定连接。

将第二下支板的一端、另一块过渡板的一端、位于该过渡板上表面的垫块、第一防弯夹板的一端和第二上压板的一端自下而上固定连接；将第二下支板的另一端、另一块过渡板的另一端、位于该过渡板上表面的垫块、第一防弯夹板的另一端和第二上压板的另一端自下而上固定连接。

将第一下支板的中部、连接区下夹板的一端、连接区上夹板的一端和第一上压板的中部自下而上固定连接。

将第二下支板的中部、连接区下夹板的另一端、连接区上夹板的另一端和第二上压板的中部自下而上固定连接。

所述连接区上夹板为板条状；在该连接区上夹板的几何中心有矩形的通孔；在该连接区上夹板的两个短边处分别有贯通其上下表面的连接螺孔。

所述连接区下夹板的中部分布有四个铆钉避让孔；各铆钉避让孔的几何中心与试验件铆钉的中心重合。

所述第一防弯夹板上有用于卡装试验件中部的试验件连接带板的卡槽；所述卡槽是在所在防弯夹板为矩形，其一个长边与该第一防弯夹板宽度方向的中心线重合，另一个长边与与该第一防弯夹板的一个长边重合；该卡槽的深度与所述试验件连接带板的厚度相同，长度略大于该试验件连接带板的宽度，当各所述该试验件连接带板嵌入所述卡槽后，使二者之间间隙配合；所述卡槽为在该第一防弯夹板的表面加工的凹槽；

所述第二防弯夹板的结构与第一防弯夹板的结构相同。

所述第二防弯夹板为条形板状；该第二防弯夹板的中部有居中凹槽，宽度略多于试验件连接带板宽度，凹槽深度与连接带板厚度相同；所述第二防弯夹板两个短边处分别有两个连接螺孔。

所述垫块厚度与试验件的总高度相同。

本发明针对典型单剪对接连接结构的静力、疲劳试验内容，进行了防弯夹具设计，以要解决试验过程连接区的防弯曲问题，并实时观测连接区的完整性状态。

本发明能有效防止典型对接连接结构在试验过程中中的弯曲变形，同时观测连接区完整性状态，具有结构合理，安装工序简单，卡装效果好，可靠性高等特点。

与现有技术相比较，本发明取得的有益效果在于：

对于该套夹具产生的防弯作用，在软件中进行了使用夹具前后的仿真计算。仿真内容与结果进行叙述。

使用有限元计算软件ABAQUS，对试验件和夹具建立三维模型，进行材料、装配、划分网格、建立部件之间相互作用等前处理，模拟的载荷为试验件一端固定，一端拉伸。

计算结果产生的变形云图在图14中，如图14a，在未使用夹具时候，试验件弯曲变形明显，最大位移变形出现在带板连接区，如图14b，在试验件法向大小为44.64mm，弯曲变形过于严重，严重影响正常拉伸试验；在使用夹具之后，如图15a，试验件本身的弯曲变形几乎可以忽略，如图15b，试验件带板连接区在法向的位移变形仅为0.529mm。

仿真计算结果的法向位移数据表明该夹具起到了很好的防弯作用，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是试验件与防弯夹具的配合示意图的俯视图。

图3是试验件与防弯夹具的配合示意图的底视图。

图4是上方防弯夹具与试验件的配合示意图。

图5是典型单剪对接连接试验件的结构示意图。

图6是第一上压板的结构示意图。

图7是垫块的结构示意图。

图8是过渡板的结构示意图。

图9是连接区上夹板的结构示意图。

图10是连接区下夹板的结构示意图。

图11是第二防弯夹板的结构示意图。

图12是本发明试验中的俯视图。

图13是本发明试验中的底视图。

图14是典型单剪对接连接试验未使用夹具的位移云图；其中，图14a是未使用夹具整体位移变形云图，图14b是未使用夹具试验件法向位移变形局部放大云图。

图15是是典型单剪对接连接试验使用夹具的位移云图；其中，图15a是使用夹具整体位移变形云图，图15b是使用夹具试验件法向位移变形局部放大云图。

图中：1.试验件；2.第一上压板；3.第二上压板；4.第一下支板；5.第二下支板；6.垫块；7.第一防弯夹板；8.连接区上夹板；9.过渡板；10.连接区下夹板；11.第二防弯夹板。

具体实施方式

本实施例是一种适用于典型单剪对接结构的防弯夹具，包括两块上压板、两块下支板、两块防弯夹板、两块连接区夹板、四块垫块6和过渡板9；其中，所述两块上压板分别为第一上压板2和第二上压板3；两块下支板分别为第一下支板4和第二下支板5；两块防弯夹板分别为第一防弯夹板7和第二防弯夹板11；两块夹板分别为连接区上夹板8和连接区下夹板10；所述垫块6由四块；过渡板9有两块。其中：

所述两块下支板平行排布；两块过渡板9分别位于各下支板的两端，并使所述两块过渡板宽度方向的中心线与两块下支板宽度方向的中心线相互垂直。所述四块垫块6分别位于该两块过渡板9的两端。所述两块过渡板之间是试件连接区。连接区下夹板10的两端分别固定在所述两块下支板中部的上表面。所述连接区下夹板宽度方向的中心线分别垂直于所述两块下支板宽度方向的中心线。在安放试验件1时，将该试验件中部的连接带板放置在该连接区下夹板10上，并使所述四块垫块上表面与该试验件中部连接带板的上表面等高。所述第一防弯夹板7和第二防弯夹板11分别位于两块下支板的上方，并使该第一防弯夹板上的卡槽与第二防弯夹板上的卡槽相对；其中的第一防弯夹板的一端位于第一下支板4上，另一端位于第二下支板5上；使其中的第二防弯夹板的一端亦位于第一下支板上，另一端位于第二下支板上。两块上压板位于所述第一防弯夹板和第二防弯夹板11的上表面。当试验件安放好以后，在该试验件的上表面安放所述连接区上夹板8。

通过螺栓将各部位固定连接，具体是，将第一下支板4的一端、一块过渡板9的一端、位于该过渡板上表面的垫块6、第二防弯夹板11的一端和第一上压板2的一端自下而上固定连接；将第一下支板4的另一端、一块过渡板9的另一端、位于该过渡板上表面的垫块6、第二防弯夹板11的另一端和第一上压板2的另一端自下而上固定连接。

将第二下支板5的一端、另一块过渡板9的一端、位于该过渡板上表面的垫块6、第一防弯夹板7的一端和第二上压板3的一端自下而上固定连接；将第二下支板5的另一端、另一块过渡板9的另一端、位于该过渡板上表面的垫块6、第一防弯夹板7的另一端和第二上压板3的另一端自下而上固定连接。

将第一下支板4的中部、连接区下夹板10的一端、连接区上夹板8的一端和第一上压板2的中部自下而上固定连接。

将第二下支板5的中部、连接区下夹板10的另一端、连接区上夹板8的另一端和第二上压板3的中部自下而上固定连接。

所述第一上压板2和第二上压板3结构相同，均为板条状。在该述第一上压板的表面和第二上压板的表面均有连接螺孔。

所述第一下支板4和第二下支板5结构相同，均为板条状。在该述第一下支板的表面和第二下支板的表面均有连接螺孔。

所述垫块6的表面有两个连接螺孔。垫块厚度与试验件连接带板相同。

所述过渡板9为板条状，在该过渡板的两个短边处分别有贯通其上下表面的连接螺孔。

所述连接区上夹板8为板条状。在该连接区上夹板8的几何中心有矩形的通孔；在该连接区上夹板的两个短边处分别有贯通其上下表面的连接螺孔。

所述连接区下夹板10亦为板条状。在该连接区下夹板的中部分布有四个铆钉避让孔；各铆钉避让孔的几何中心分别与试验件上相对应铆钉的中心重合；在该连接区下夹板的两个短边处分别有贯通其上下表面的连接螺孔。

所述第一防弯夹板7为条形板状。在该第一防弯夹板上有用于卡装试验件中部的试验件连接带板的卡槽。所述卡槽是在所在防弯夹板表面为矩形，其一个长边与该第一防弯夹板宽度方向的中心线重合，另一个长边与与该第一防弯夹板的一个长边重合。所述卡槽为在该第一防弯夹板的表面加工的凹槽。该卡槽的深度与所述试验件连接带板的厚度相同，长度略大于该试验件连接带板的宽度，当各所述该试验件连接带板嵌入所述卡槽后，使二者之间间隙配合。在各防弯夹板两个短边处分别有两个连接螺孔。

所述第二防弯夹板11的结构与第一防弯夹板的结构相同相同

试验时，将试验件放置在两块过渡板9的上表面，使该试验件中部的试验件连接带板位于所述第一防弯夹板7和第二防弯夹板11之间，使该试验件连接带板上的各铆钉分别与连接区下夹板10上的铆钉避让孔的位置对应，使所述两块防弯夹板的卡槽分别卡装在该试验件连接带板上，使试验件连接带板两端的承力板分别位于所述两块过渡板9的上表面。安装所述第一上压板2和第二上压板3，将所述试验件夹紧在所述防弯夹具中。

试验中，将装配好的防弯夹具安装到单轴拉伸疲劳试压机，通过悬挂绳将该防弯夹具悬挂于试验件上方横梁，即可进行试验。

Claims (10)

1.一种适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，包括两块上压板、两块下支板、两块防弯夹板、两块连接区夹板、四块垫块(6)和过渡板(9)；其中，所述两块上压板分别为第一上压板(2)和第二上压板(3)；两块下支板分别为第一下支板(4)和第二下支板(5)；两块防弯夹板分别为第一防弯夹板(7)和第二防弯夹板(11)；两块夹板分别为连接区上夹板(8)和连接区下夹板(10)；

所述垫块有四块；过渡板有两块；其中：

所述两块下支板平行排布；两块过渡板分别位于各下支板的两端，并使所述两块过渡板宽度方向的中心线与两块下支板宽度方向的中心线相互垂直；所述四块垫块(6)分别位于该两块过渡板(9)的两端；所述两块过渡板之间是试件连接区；连接区下夹板(10)的两端分别固定在所述两块下支板中部的上表面；所述连接区下夹板宽度方向的中心线分别垂直于所述两块下支板宽度方向的中心线；所述第一防弯夹板(7)和第二防弯夹板(11)分别位于两块下支板的上方，并使该第一防弯夹板上的卡槽与第二防弯夹板上的卡槽相对；其中的第一防弯夹板的一端位于第一下支板(4)上，另一端位于第二下支板(5)上；使其中的第二防弯夹板的一端亦位于第一下支板上，另一端位于第二下支板上；两块上压板位于所述第一防弯夹板和第二防弯夹板的上表面；当试验件安放好以后，在该试验件的上表面安放所述连接区上夹板(8)。

2.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，在通过螺栓将各部位固定连接时，将第一下支板(4)的一端、一块过渡板(9)的一端、位于该过渡板上表面的垫块(6)、第二防弯夹板(11)的一端和第一上压板(2)的一端自下而上固定连接；将第一下支板的另一端、一块过渡板的另一端、位于该过渡板上表面的垫块、第二防弯夹板的另一端和第一上压板的另一端自下而上固定连接。

3.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，将第二下支板(5)的一端、另一块过渡板(9)的一端、位于该过渡板上表面的垫块(6)、第一防弯夹板(7)的一端和第二上压板(3)的一端自下而上固定连接；将第二下支板的另一端、另一块过渡板的另一端、位于该过渡板上表面的垫块、第一防弯夹板的另一端和第二上压板的另一端自下而上固定连接。

4.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，将第一下支板(4)的中部、连接区下夹板(10)的一端、连接区上夹板(8)的一端和第一上压板(2)的中部自下而上固定连接。

5.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，将第二下支板(5)的中部、连接区下夹板(10)的另一端、连接区上夹板(8)的另一端和第二上压板(3)的中部自下而上固定连接。

6.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，所述连接区上夹板(8)为板条状；在该连接区上夹板的几何中心有矩形的通孔；在该连接区上夹板的两个短边处分别有贯通其上下表面的连接螺孔。

7.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，所述连接区下夹板的中部分布有四个铆钉避让孔；各铆钉避让孔的几何中心与试验件铆钉的中心重合。

8.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，所述第一防弯夹板(7)上有用于卡装试验件中部的试验件连接带板的卡槽；所述卡槽是在所在防弯夹板为矩形，其一个长边与该第一防弯夹板宽度方向的中心线重合，另一个长边与该第一防弯夹板的一个长边重合；该卡槽的深度与所述试验件连接带板的厚度相同，长度略大于该试验件连接带板的宽度，当各所述该试验件连接带板嵌入所述卡槽后，使二者之间间隙配合；

所述第二防弯夹板(11)的结构与第一防弯夹板的结构相同。

9.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，所述卡槽为在该第一防弯夹板的表面加工的凹槽。

10.如权利要求1所述适用于典型单剪对接连接结构的防弯夹具，其特征在于，所述垫块厚度与试验件的总高度相同。