航空铆钉动态加载失效实验

解江 白春玉 舒挽 惠旭龙 刘小川 牟浩蕾

解江, 白春玉, 舒挽, 惠旭龙, 刘小川, 牟浩蕾. 航空铆钉动态加载失效实验[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(5): 879-886. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0879-08
引用本文: 解江, 白春玉, 舒挽, 惠旭龙, 刘小川, 牟浩蕾. 航空铆钉动态加载失效实验[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(5): 879-886. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0879-08
Xie Jiang, Bai Chunyu, Shu Wan, Xi Xulong, Liu Xiaochuan, Mu Haolei. Dynamic loading failure experiment of aeronautic rivet[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(5): 879-886. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0879-08
Citation: Xie Jiang, Bai Chunyu, Shu Wan, Xi Xulong, Liu Xiaochuan, Mu Haolei. Dynamic loading failure experiment of aeronautic rivet[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(5): 879-886. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0879-08

航空铆钉动态加载失效实验

doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0879-08
基金项目: 

中国民航局科技项目 MHRD20140207

中航工业集团创新基金项目 2012A62321R

中央高校基本科研业务费中国民航大学专项项目 3122015D022

详细信息
    作者简介:

    解江(1982—),男,助理研究员

    通讯作者:

    白春玉, baichunyu2006@163.com

  • 中图分类号: O347.3

Dynamic loading failure experiment of aeronautic rivet

  • 摘要: 为研究航空铆钉连接元件在动态加载下的失效模式,依托高速液压伺服材料试验机,通过特殊设计的实验夹具,进行了6类航空铆钉在不同加载速度和不同加载模式下的动态失效实验,获得了铆钉元件在纯拉伸加载、纯剪切加载、30°拉-剪耦合加载和60°拉-剪耦合加载状态下的失效实验数据。实验结果表明,铆钉元件的失效模式和失效载荷与加载速度、载荷的作用形式密切相关,并基于实验结果拟合得到铆钉元件的失效本构参数,获得了可表征铆钉在一般情形下失效的本构方程。
  • 图  1  铆钉加载失效实验夹具

    Figure  1.  Clamps for rivets failure experiment

    图  2  铆接工艺一致性检查工具

    Figure  2.  Devices for checking rivet connection

    图  3  铆钉准静态加载失效实验安装状态

    Figure  3.  Setup of rivets under quasi-static shear and tension

    图  4  高速液压伺服材料试验机

    Figure  4.  High-speed servo hydraulic test machine

    图  5  铆钉元件复合动态加载实验状态

    Figure  5.  Setup for dynamic combined shear-tension experiment of rivets

    图  6  非接触测试及分析系统

    Figure  6.  Noncontact measurement and analysis system

    图  7  C系列铆钉30°拉-剪耦合实验载荷曲线

    Figure  7.  Load curves of 30° combined shear-tension experiment for rivet C style

    图  8  典型的铆钉元件动态加载失效实验位移曲线

    Figure  8.  Representative displacement curve of rivet dynamic experiment

    图  9  30°拉-剪耦合加载铆钉的失效载荷随加载速度变化

    Figure  9.  Relationship between rivet failure load and loading velocity of 30° combined shear-tension experiment

    图  10  铆钉失效载荷和加载速度的对数关系拟合图

    Figure  10.  Logarithmic relationship between failure load and loading velocity of rivets

    图  11  6类铆钉的失效模式

    Figure  11.  Failure modes of six styles of rivets

    图  12  拟合本构关系和实验数据的对比(D铆钉)

    Figure  12.  Comparison of constitutive equation and experiment data for rievt D style

    表  1  铆钉的类型和几何尺寸

    Table  1.   Type and dimension of rivets

    铆钉 d/mm l/mm 类型 系列
    3.97 7.94 100°精密沉头 A
    3.97 7.94 平圆头 B
    3.97 7.94 100°剪切沉头 C
    4.76 7.94 平圆头 D
    4.76 7.94 100°剪切沉头 E
    3.18 7.94 100°剪切沉头 F
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    表  2  铆钉元件动态失效载荷和加载速度的关系

    Table  2.   Relationship between rivet failure load and loading velocity

    系列 关系式
    A F=0.53lnv+4.38
    B F=0.61lnv+4.63
    C F=0.69lnv+4.41
    D F=1.16lnv+6.30
    E F=1.05lnv+6.20
    F F=0.71lnv+3.30
    注:F的单位为kN, v的单位为m/s。
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    表  3  6类铆钉的失效模式和位置

    Table  3.   Failure modes and positions of six styles of rivets

    系列 类型 失效模式和位置
    纯拉 30°拉-剪 60°拉-剪 纯剪
    A 沉头 沉头拉脱 墩头拉脱 钉杆拉-剪 钉杆剪断
    B 半圆头 墩头拉脱 墩头拉脱 钉杆拉-剪 钉杆剪断
    C 沉头 沉头拉脱 沉头拉脱 钉杆拉-剪 钉杆剪断
    D 半圆头 墩头拉脱 墩头拉脱 钉杆拉-剪 墩头处剪断
    E 沉头 墩头拉脱 沉头拉脱/墩头拉脱 钉杆拉-剪 墩头处剪断
    F 沉头 沉头拉脱 沉头拉脱 钉杆拉-剪 钉杆剪断
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    表  4  铆钉的失效本构参数

    Table  4.   Failure constitutive parameters of six styles of rivets

    系列 Nu/kN Tu/kN a b 本构关系
    A 3.93 2.93 3.28 1.94 ${{\left( \frac{N\left( a \right)}{3.93} \right)}^{3.28}}+{{\left( \frac{T\left( a \right)}{2.93} \right)}^{1.94}}\ge 1 $
    B 4.32 3.26 1.32 1.88 $ {{\left( \frac{N\left( a \right)}{4.32} \right)}^{1.32}}+{{\left( \frac{T\left( a \right)}{3.26} \right)}^{1.88}}\ge 1$
    C 3.29 3.31 2.02 2.16 ${{\left( \frac{N\left( a \right)}{3.29} \right)}^{2.02}}+{{\left( \frac{T\left( a \right)}{3.31} \right)}^{2.16}}\ge 1 $
    D 5.24 4.52 2.36 1.92 $ {{\left( \frac{N\left( a \right)}{5.24} \right)}^{2.36}}+{{\left( \frac{T\left( a \right)}{4.52} \right)}^{1.92}}\ge 1$
    注:N(a)、T(a)的单位为kN。
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-27
  • 修回日期:  2016-08-11
  • 刊出日期:  2017-09-25

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