[发明专利]一种飞机螺栓的疲劳寿命设计方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机设计技术领域，涉及一种飞机螺栓的疲劳寿命设计方法。

背景技术

飞机结构由上万个零件通过紧固件（螺栓或者铆钉）连接而成，而连接这些零件的紧固件则有几十万个。显然，螺栓的疲劳性能将直接影响飞机的安全。这些螺栓在交变应力的反复作用下，螺纹的受力状态发生变化，使得每圈螺纹上的载荷分布不均匀，螺纹之间相互咬合力加剧，易造成底孔螺纹磨损或破坏，或者导致螺栓根部断裂。因而，螺栓的疲劳寿命应引起足够重视。

根据螺栓的主要受力状态不同，螺栓可分为受拉螺栓、受剪螺栓、拉剪复合螺栓。

目前，对于螺栓的疲劳寿命计算，最常用的计算方法是细节疲劳额定值DFR方法。但是这种细节疲劳额定值DFR计算方法分析螺栓寿命时，只是针对受拉螺栓，只考虑了拉应力对疲劳寿命的影响，未考虑螺栓承受剪切载荷对疲劳寿命的影响。由于飞机结构受力复杂，连接螺栓通常除了承受轴向载荷，也会承受部分剪切载荷作用。如果不考虑剪切载荷对螺栓疲劳寿命的影响，将会得到螺栓偏危险的设计结论。因而，进行螺栓疲劳寿命设计时，剪切载荷对螺栓疲劳寿命的影响不能忽视。

发明内容

本发明的目的是提出一种更加准确地设计螺栓的飞机螺栓的疲劳寿命设计方法。

本发明的技术解决方案是：一种飞机螺栓的疲劳寿命设计方法，包括以下步骤：

步骤一、利用有限元软件，确定螺栓在飞机载荷谱中各个波峰、波谷下的拉应力σ：其中，F是螺栓承受的轴向载荷，D是螺栓的直径；

步骤二、利用有限元软件，确定螺栓在飞机载荷谱中各个波峰、波谷下的剪切应力τ：其中，Q是螺栓承受的剪切载荷，D是螺栓的直径；

步骤三、利用强度第四理论，确定螺栓在飞机载荷谱中各个波峰、波谷下的当量拉应力σ_req：其中，σ为螺栓拉应力，τ为螺栓剪切应力；

步骤四、确定螺栓的应力比R:其中，σ_min是步骤三中当量拉应力σ_req在飞机载荷谱中的最小值，σ_max为步骤三中当量拉应力σ_req在飞机载荷谱中的最大值；

步骤五、确定螺栓的细节疲劳额定值DFR：对于车制阳螺纹，DFR＝0.7*DFR₀，对于车制阴螺纹，DFR＝0.6*DFR₀，其中，DFR₀取值依据螺栓直径D及螺栓热处理强度极限σ_b确定；

步骤六、根据常规的疲劳分析方法确定螺栓目标寿命飞行次数N_m、疲劳可靠性系数FRF、飞机载荷谱中地空地损伤比λ；

步骤七、确定当量地空地循环数n_D:其中，N_m是目标寿命飞行次数，FRF是疲劳可靠性系数，λ是地空地损伤比；

步骤八、确定地空地循环许用应力[σ_max]：