剪切流紧固件连接下的载荷传递《资讯》

2018-06-06 17:16:14来源： 贤集网

一.“剪切流“

对于飞机的半壳式结构，剪切流的概念非常适用。在蒙皮-纵梁这个模型中，纵向构件或桁条仅承受轴向应力，而蒙皮或壁板则抵抗外部施加的扭转和剪切力。在这种情况下，由于蒙皮是薄壁结构，所以蒙皮内部的剪切应力就可以视为剪切流。

应力载荷被认为是”流经“飞机结构，因此必须要有连贯的力的传导路线，而且要保证在这个载荷传递的路线上，不要有横截面积的突然变化，因为这会导致应力集中的问题，从而导致疲劳开裂并最终失效。

当飞机静静地躺在停机坪上时，机翼、机身、发动机等部件的重量会导致向下的力作用于机翼，载荷沿着翼梁和纵梁，从一个构件传递到另一个构件，引起弯曲、扭曲、拉伸、压缩和剪切力。起飞后呢，机身上的大多数载荷仍然沿着相同的载荷路径在传递，但是因为飞机本身是运动状态，所以强度会增大。

紧固件不单单只是起到机械连接的作用，在力的传递过程中同样扮演着传递载荷的角色，因此紧固件本身就必须具备一定的机械强度。提到航空紧固件的强度，恐怕离不开讨论抗拉强度和抗剪强度这两个关键指标。诚然航空应用的螺纹紧固件，其机械强度通常就是采购规范中的最小抗拉强度或最小双剪强度。在制造过程中，都会对某一批次的产品进行测试，以验证这一生产批次紧固件的强度要高于规范要求的最小值。

从数学的角度来说，在理想化的模型中，将螺纹拉伸应力面积乘以紧固件材料的极限拉伸应力就是最小抗拉强度；而最小剪切强度就是紧固件本体面积乘以极限剪切应力。

紧固件是用作紧固连接的机械零件，当载荷方向与螺栓的轴向方向垂直时，螺栓主要承受剪切里；当载荷方向与螺栓轴线方向平行时，则主要受拉应力。

二.剪切应用中载荷的传递

随着载荷逐渐被施加到连接处，连接板之间的主要力传递将通过摩擦力进行。这个摩擦力大小取决于：

两块连接板之间接触表面的粗糙度(摩擦系数m)

以及它们之间的法向力N（也即预紧力）

f=mn

当载荷继续增加至超过摩擦力时，连接件之间会发生彼此相对滑动的趋势，载荷力通过孔的边缘从一块板传递到螺栓上，再由螺栓传递至另一块相邻的连接板。在这整个过程中，清晰地体现了螺栓具备的“两个剪切能力”：

承载载荷而无相对滑动的能力

承载载荷而不发生剪切破坏的能力

在大多数情况下剪切载荷呈现的是双剪切形式，所以当双剪切失效时，你会发现螺栓可以被切成三部分。

三.抗拉应用中载荷的传递

抗拉应用相比于剪切应用要简单一些，因为不用考虑相对滑动的问题了，而且也没有所谓的“双拉“应用。拉应力的趋势是分开、分离连接板。

在飞机飞行过程中，发动机将飞机向前拉，但是空气阻力试图阻止它，结果就是拉应力，这个拉应力试图拉伸整个飞机。

从物理学中力的平衡角度来考虑，当拉应力载荷作用在紧固件连接处时，因为有预紧力（也就是连接板的接触压力），所以在这个接触压力被克服掉之前，拉应力是不起作用的。

然而，在很多实际应用中，往往是拉应力与剪切力共同作用，这使得分析更加复杂。

在这种抗拉和抗剪共同存在的情况下，有时从紧固件自身的角度考虑，也会有很多因素影响其极限载荷的数值，例如紧固件的夹层厚度。因为夹层厚度较长的螺栓，相比于短的螺栓可能会产生更大的弯曲，当承受较高载荷时，长螺栓往往呈现椭圆形的横截面，这样其剪切面积会更大。

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