干涉量对结构强度的影响优化

2023-07-18 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-21试件疲劳寿命与铆接干涉量的关系尽管干涉铆接的抗疲劳性能优于普通铆接，但其抗剪静强度却略低于普通铆接。过分的径向干涉量不仅导致疲劳寿命低于最佳值，而且对于7075-T6 高强铝合金材料，干涉量超过3.2%时，分类试验便已显示其对应力腐蚀开裂的敏感性。导致了干涉配合连接件在无外载时的应力腐蚀敏感性，而干涉量愈大，构件的应力腐蚀敏感性亦愈大。

铆接干涉量应根据对不同的连接结构特点、应力腐蚀情况及钉孔加工方法和铆接工艺等全面考虑来确定，干涉量太大会使板件翘曲变形，并加剧应力腐蚀；太小则支撑效应太弱，起不到提高疲劳寿命的作用。理想的干涉量只能通过试验来确定。图4-21是2024-T3 干涉铆接连接试件疲劳寿命与干涉量的关系。

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图4-21　试件疲劳寿命与铆接干涉量的关系

尽管干涉铆接的抗疲劳性能优于普通铆接，但其抗剪静强度却略低于普通铆接。这是由干涉铆接的机理决定的。当结构承受交变外载时，由干涉配合引起的孔边切向残余拉应力在使实际应力幅值降低的同时，提高了实际应力的最大值。而且，与冷挤压类似，干涉配合连接工艺也会引起结构对应力腐蚀的敏感。结构应力腐蚀断裂发生的条件中，存在拉应力最为关键，它可以是外加应力，也可以是残余应力（预应力）。如果结构在腐蚀性环境中工作，当残余拉应力超过其门槛值σth 时（干涉量过大），将引起该材料的应力腐蚀开裂。过分的径向干涉量不仅导致疲劳寿命低于最佳值，而且对于7075-T6 高强铝合金材料，干涉量超过3.2%时，分类试验便已显示其对应力腐蚀开裂的敏感性。相关研究表明如下。

①无外载作用时，普通铆接中可以认为没有干涉量或干涉量很小，其预应力小于应力腐蚀的门槛值，所以几乎没有应力腐蚀；干涉配合连接孔由于紧固件的挤压作用在孔周产生残余拉应力，随着干涉量的增大，拉应力值甚至超过了结构材料的应力腐蚀开裂门槛值。导致了干涉配合连接件在无外载时的应力腐蚀敏感性，而干涉量愈大，构件的应力腐蚀敏感性亦愈大。

②附加外载荷后，由于干涉配合连接对孔壁的挤压作用大大降低了孔边的应力集中程度，普通铆接的应力腐蚀断裂时间比干涉配合铆接的时间短。

③干涉配合铆接结构中，由于紧固件填满了钉孔和沉头窝，并且充分胀紧，阻止了腐蚀介质进入结构，缩小了应力腐蚀面积，降低了裂纹萌生的概率和构件的应力腐蚀敏感性，这也使干涉配合连接试件的应力腐蚀断裂时间比普通铆接长。

④在干涉配合连接时，应力腐蚀裂纹总是萌生于预拉应力的峰值处，即随干涉量的增加，裂纹起始点逐渐离开孔边。

设计干涉配合铆接及其他干涉配合连接结构时，应当认真控制干涉量范围，尽量使干涉装配预应力小于结构材料的门槛应力值，同时有效地克服应力集中，最大限度地提高结构连接的疲劳寿命，并使这二者统一起来。

一般国外飞机上，φ4 mm～φ10 mm的铆钉的干涉量为0.075～0.15mm，由于对干涉配合铆钉具体使用要求不同，采用的干涉量大小也略有不同。国内飞机结构采用干涉配合的铆钉干涉量与国外的相当，一般为0.075～0.15 mm；航天结构采用的自封铆钉干涉量为0.05～0.25 mm；密封环槽铆钉干涉量为0.02～0.07 mm（试验值为0.012～0.1 mm）。

干涉量对结构强度的影响优化

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