基于Ni-Ti记忆合金形状恢复的干涉连接研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiejie2717
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干涉连接可有效提高飞机机械连接结构的疲劳寿命,针对目前干涉连接存在的干涉量低、干涉不均匀及安装过程易损伤结构件等缺陷,本文提出采用形状记忆合金的形状恢复特性实现干涉连接的设计思想,以NiTiNb记忆合金为研究对象,借助弹塑性理论分析、形状记忆合金本构模型、有限元模拟和试验验证等方法,对形状记忆合金干涉连接进行了系统研究。利用弹塑性力学理论,通过对受压厚壁圆筒进行分析,得出了干涉连接时连接孔与轴弹性和弹塑性变形状态下的孔壁应力、应变方程,推导了发生弹塑性变形时塑性区的变形量及其与干涉量的关系式。通过形状记忆合金本构模型,建立了 NiTiNb记忆合金干涉连接在不同阶段的应力、应变方程。以带孔平板干涉连接为对象分析其孔边应力分布表明,随着干涉量的增大,干涉连接的孔壁变形状态逐渐从弹性干涉变化到弹塑性干涉,其径向应力始终是压应力,切向应力随着干涉量的增大逐渐从拉应力变成了压应力。有限元分析表明,连接板在孔口形成应力集中,干涉量低于1%时,连接孔发生弹性变形,干涉量为1.5%时,孔壁已产生塑性变形,干涉量为2.5%时,连接板上的最大应力值接近材料抗拉极限,继续增大干涉量将会对连接结构强度产生不利影响;各个干涉量下,孔口均没有凸瘤产生;干涉量较低时,孔壁变形处于弹性变形状态,切向应力为拉应力,对疲劳寿命不利;随着干涉量的增大,孔壁变形进入弹塑性变形阶段,切向应力变为压应力,其值随着干涉量的增大而增大,有助于提升结构的疲劳寿命。通过单轴拉伸试验,测得所用NiTiNb记忆合金在-60℃下轴向拉伸16%后的径向可恢复应变约为2.39%,据此设计了不同干涉量的连接试验,通过测量拉脱力计算其干涉力,并将试验结果与有限元计算结果进行了对比可得连接件的干涉力均随干涉量的增大而增大,干涉力及未恢复应变量走势基本一致,验证了有限元模拟的合理性。
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