飞机U型铆接构件不同加载角度下失效特性试验及数值模型研究

摘要

在坠撞载荷作用下，运输类飞机的机身连接构件失效是其主要的失效形式之一。针对U型铆接构件，采用试验与仿真方法，研究其在不同加载工况（纯拉脱、30°、45°、60°和90°纯剪切）的失效特性，揭示U型件厚度和加载角度对其失效特性的影响规律；建立基于峰值载荷失效的双线性单元模型（梁单元、六面体单元、4六面体簇单元和8六面体簇单元模型）和SPR2(self-piercing rivet 2)约束单元模型，得到可应用于坠撞仿真分析的铆钉数值模型。结果表明：随着加载角度增大，铆钉承受载荷由拉脱载荷变为剪切载荷，铆钉失效由钉头拉脱变为钉杆剪断；U型件承受载荷由面外拉伸载荷变为面内挤压载荷，失效位移减小；随着厚度增加，U型件不易发生变形，失效载荷增加，失效位移减少。基于峰值载荷失效的双线性单元模型中，8六面体簇单元模型获得的失效载荷与失效位移与试验结果吻合较好；8六面体簇单元模型与SPR2约束单元模型获得的失效载荷偏差均在10%以内，但8六面体簇单元模型的失效载荷偏差更小；两个模型获得的失效位移偏差稍大，但SPR2约束单元模型的失效位移偏差相对较小（15%以内）。8六面体簇单元和SPR2约束单元模型可应用于飞机坠撞仿真。

关键词

U型铆接构件 / 失效特性 / 双线性单元模型 / SPR2约束单元模型