吕佳龙1,徐钰森1,白生宝2,陈健1
摘要: 复杂多钉长桁对接结构广泛应用于现代飞机机身、机翼等主承力部件,其服役安全性对航空器结构可靠性具有重要影响。服役过程中,由于铆接孔及搭接界面等几何不连续区域的存在,局部应力集中显著,在飞行循环载荷等交变载荷作用下,疲劳微裂纹易在铆接孔边缘萌生并沿铆钉排扩展,形成多部位损伤。导波监测因其对微小损伤敏感、覆盖范围广,被认为是实现此类结构损伤识别的有效手段。然而,长桁对接结构中普遍存在预紧力、摩擦接触及多界面耦合等非线性因素,使导波在连接区域内的传播行为复杂,其传播机理仍缺乏系统认识。针对上述问题,本文提出一种基于分区粘结–摩擦接触模型的复杂多钉长桁对接结构导波传播有限元仿真方法。首先,通过稳态静力分析获取不同预紧力作用下连接界面的接触应力分布规律,揭示预紧力作用下接触压力非均匀的分布特征。在此基础上,基于被连接件半顶角理论确定铆钉压紧作用形成的接触影响区域,并结合界面接触压力分布特征对连接界面进行分区建模,将接触区域划分为粘结接触区与摩擦接触区,从而建立粘结—摩擦复合接触模型,实现复杂连接界面的准确建模。最后,通过导波监测试验对仿真结果进行验证,并对多通道导波信号进行对比分析。结果表明,铆钉连接区域的接触力学特性对导波传播具有显著影响,所提出的仿真方法可为复杂连接结构的导波建模与结构健康监测提供理论与数值支撑。
中图分类号: