典型飞机修理-第四章ppt课件.ppt

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1、l41 止裂带的作用止裂带的作用l 机身蒙皮止裂带是按飞机结构破损机身蒙皮止裂带是按飞机结构破损-安全和损安全和损伤容限特性设计思想设置的。伤容限特性设计思想设置的。 图图4-1为止裂带的典型布局。为止裂带的典型布局。l止裂带有以下作用止裂带有以下作用:l （1）有助于机身蒙皮承受增压）有助于机身蒙皮承受增压引起的环向拉伸载荷引起的环向拉伸载荷;l （2）在蒙皮疲劳裂纹达到临界）在蒙皮疲劳裂纹达到临界长度前改变裂纹的扩展方向或使裂长度前改变裂纹的扩展方向或使裂纹停止扩展纹停止扩展;l （3）减轻结构重量，增加有效商）减轻结构重量，增加有效商载。载。l 机身蒙皮止裂带止裂带增加了机身蒙皮的承载机

2、身蒙皮止裂带止裂带增加了机身蒙皮的承载面积，降低了蒙皮的应力水平。面积，降低了蒙皮的应力水平。 l 它能将机身蒙皮可能出现的疲劳裂纹长度限它能将机身蒙皮可能出现的疲劳裂纹长度限制在小于临界长度范围内，从而保证飞机结构的制在小于临界长度范围内，从而保证飞机结构的安全；安全；l 同时也能减轻结构重量。同时也能减轻结构重量。l 另外，设置止裂带也是相关机型取得另外，设置止裂带也是相关机型取得FAA型号型号许可证书的必要手段。许可证书的必要手段。 止裂带一般采用金属胶接方式固定到机身蒙皮止裂带一般采用金属胶接方式固定到机身蒙皮上。上。 l 蒙皮埋头紧固件孔的刃边会导致应力集中，蒙皮埋头紧固件孔的刃边会

3、导致应力集中，降低蒙皮的疲劳寿命。降低蒙皮的疲劳寿命。l 止裂带为埋头紧固件起到加强垫片的作用，止裂带为埋头紧固件起到加强垫片的作用，防止在薄蒙皮上划埋头窝出现刃边现象，如图防止在薄蒙皮上划埋头窝出现刃边现象，如图4-2所示。所示。 l 某些机型，如某些机型，如B727，B757，仅仅在机身顶部，仅仅在机身顶部蒙皮区域设计有止裂带。蒙皮区域设计有止裂带。l 另外一些机型，如早期的另外一些机型，如早期的B737、B767，几乎，几乎所有的机身蒙皮区域都有止裂带。所有的机身蒙皮区域都有止裂带。l是否使用止裂带主要取决于：是否使用止裂带主要取决于：l 机身蒙皮厚度机身蒙皮厚度l 蒙皮应力情况蒙皮应力

4、情况l 机身隔框剪切片的位置机身隔框剪切片的位置l l 在在B707飞机的研制过程中，波音公司进行了飞机的研制过程中，波音公司进行了全尺寸机身蒙皮测试以验证机身结构的破损全尺寸机身蒙皮测试以验证机身结构的破损-安安全特性。全特性。l 实验结果证明实验结果证明:l （1）即使在较长裂纹的情况下，带有止裂带）即使在较长裂纹的情况下，带有止裂带的蒙皮结构仍能承受客舱正常的增压载荷。的蒙皮结构仍能承受客舱正常的增压载荷。l （2）即使机身蒙皮有较大的穿孔，带有止裂）即使机身蒙皮有较大的穿孔，带有止裂带的机身蒙皮结构也可以防止增压机身出现疲劳带的机身蒙皮结构也可以防止增压机身出现疲劳裂纹失稳扩展导致灾难

5、性后果。裂纹失稳扩展导致灾难性后果。 l 如果没有止裂带，为了满足防止裂纹失稳扩如果没有止裂带，为了满足防止裂纹失稳扩展展 (损伤容限要求损伤容限要求)以及蒙皮承受意外大穿孔要求，以及蒙皮承受意外大穿孔要求，必须将机身蒙皮设计得很厚。必须将机身蒙皮设计得很厚。 l 因此，止裂带不仅可以保证机身蒙皮结构的因此，止裂带不仅可以保证机身蒙皮结构的破损安全以及损伤容限特性，还可以大大减轻破损安全以及损伤容限特性，还可以大大减轻飞机结构的重量。飞机结构的重量。l 波音公司对波音公司对B757、B767机身结构的破损一安机身结构的破损一安全特性也进行过类似的测试、证实。全特性也进行过类似的测试、证实。l

6、止裂带可以阻止裂纹扩展的根本原因在于降止裂带可以阻止裂纹扩展的根本原因在于降低了止裂带处机身蒙皮的应力水平。低了止裂带处机身蒙皮的应力水平。l 机身隔框、长桁同样可以降低机身蒙皮的应机身隔框、长桁同样可以降低机身蒙皮的应力水平。力水平。l 因此除止裂带外，机身隔框的整个横截面以因此除止裂带外，机身隔框的整个横截面以及框的剪切片、机身长桁结构，也有助于保证机及框的剪切片、机身长桁结构，也有助于保证机身蒙皮的破损身蒙皮的破损-安全特性。安全特性。l 图图4-3显示了止裂带可以使显示了止裂带可以使B707机身蒙皮上的机身蒙皮上的裂纹改变方向，从而允许蒙皮向外掀开。向外掀裂纹改变方向，从而允许蒙皮向外

7、掀开。向外掀开的机身蒙皮可以使机身内部缓慢卸压。机身内开的机身蒙皮可以使机身内部缓慢卸压。机身内部气压的降低会进一步降低蒙皮应力水平，从而部气压的降低会进一步降低蒙皮应力水平，从而阻止裂纹的继续扩展。阻止裂纹的继续扩展。 l图图4-4为为B737机身的穿孔试验示意图。机身的穿孔试验示意图。l （见书（见书P.35）l42 止裂带修理止裂带修理l 止裂带具有阻止裂纹扩展、改变裂纹扩展方止裂带具有阻止裂纹扩展、改变裂纹扩展方向及保证蒙皮承受意外大穿孔损伤等十分重要的向及保证蒙皮承受意外大穿孔损伤等十分重要的作用。作用。l 所以，修理或者更换己脱胶分层或损坏的止所以，修理或者更换己脱胶分层或损坏的止

8、裂带很重要。裂带很重要。l 图图4-5显示脱胶后的止裂带大大降低了蒙皮阻显示脱胶后的止裂带大大降低了蒙皮阻止疲劳裂纹失稳扩展的能力。止疲劳裂纹失稳扩展的能力。l如何处理脱胶的止裂带？如何处理脱胶的止裂带？l 采用铆接，将脱胶的止裂带铆接到蒙皮上。采用铆接，将脱胶的止裂带铆接到蒙皮上。l 脱胶的止裂带应该被铆接到蒙皮上以基本恢脱胶的止裂带应该被铆接到蒙皮上以基本恢复蒙皮原来的破损安全以及损伤容限等设计要复蒙皮原来的破损安全以及损伤容限等设计要求。求。l 图图4-6为为B737SRM中机身蒙皮止裂带脱胶后中机身蒙皮止裂带脱胶后典型修理紧固件的排列方式。典型修理紧固件的排列方式。l 将止裂带固定到蒙

9、皮上的紧固件应该交错排将止裂带固定到蒙皮上的紧固件应该交错排列，而不应该并排排列列，而不应该并排排列。l 这样可以避免将止裂带的纯拉伸横截面积减这样可以避免将止裂带的纯拉伸横截面积减小到最低极限，避免止裂带设计功能的丧失。小到最低极限，避免止裂带设计功能的丧失。l 按照按照SRM进行机身蒙皮修理的加强件厚度，进行机身蒙皮修理的加强件厚度，比机身蒙皮与止裂带厚度之和厚一级到二级。比机身蒙皮与止裂带厚度之和厚一级到二级。l 因此，加强板能弥补加强区域内切除止裂带因此，加强板能弥补加强区域内切除止裂带导致的强度损失。所以导致的强度损失。所以SRM蒙皮修理中没有要蒙皮修理中没有要求加强机身蒙皮修理时切

10、除的止裂带。求加强机身蒙皮修理时切除的止裂带。l 图图4-7为为B737机身蒙皮的典型修理示意图，它机身蒙皮的典型修理示意图，它没有要求修理或更换修理区域切除的止裂带。没有要求修理或更换修理区域切除的止裂带。l43 小小 结结l 止裂带和机身隔框、机身长桁有助于机身蒙止裂带和机身隔框、机身长桁有助于机身蒙皮承受增压载荷，从而起到延缓蒙皮疲劳裂纹的皮承受增压载荷，从而起到延缓蒙皮疲劳裂纹的扩展、改变疲劳裂纹扩展方向的作用。扩展、改变疲劳裂纹扩展方向的作用。l 止裂带还可以使疲劳裂纹区域的机身蒙皮外翻，止裂带还可以使疲劳裂纹区域的机身蒙皮外翻，从而允许机身内部缓慢卸压，使机身内外压差降从而允许机身

11、内部缓慢卸压，使机身内外压差降低从而进一步达到阻止机身蒙皮裂纹扩展的目的。低从而进一步达到阻止机身蒙皮裂纹扩展的目的。l 机身蒙皮止裂带还有助于机身蒙皮承受较大机身蒙皮止裂带还有助于机身蒙皮承受较大的意外穿孔。的意外穿孔。l 止裂带是减轻飞机结构重量并保证飞机安全的止裂带是减轻飞机结构重量并保证飞机安全的重要结构，在结构修理中必须保持止裂带原来的重要结构，在结构修理中必须保持止裂带原来的设计功能。设计功能。l补充：航空器结构修理补充：航空器结构修理 P.101l3.12.2 剪切带剪切带l 图图3.12.2所示的带板所示的带板(挤压角材挤压角材)用用3个螺栓连接个螺栓连接到蒙皮上。蒙皮上的载荷

12、是到蒙皮上。蒙皮上的载荷是7800 lbf。蒙皮上的。蒙皮上的合力沿紧固件中心线方向。蒙皮上的载荷传到肋合力沿紧固件中心线方向。蒙皮上的载荷传到肋缘条上时，相对于肋缘条紧固件组形心有一附加缘条上时，相对于肋缘条紧固件组形心有一附加力矩力矩M 其数值为其数值为l M = 78002.0 = 15600 (lbfin)l 肋缘条上每个紧固件沿载荷肋缘条上每个紧固件沿载荷P的方向的方向(紧固件紧固件中心线方向中心线方向)所承受剪力为所承受剪力为l Q1 = 7800/4 = 1950 (lbf)l 假设肋缘条上各紧固件由力矩假设肋缘条上各紧固件由力矩M所产生的剪所产生的剪力力Q方向垂直于紧固件中心线

13、，数值大小正比于方向垂直于紧固件中心线，数值大小正比于该紧固件到紧固件组形心的距离该紧固件到紧固件组形心的距离L1,，则，则lQ2 = ML /(L1 2 + L2 2 + L3 2 + L4 2 )l 为了便于计算，给出表为了便于计算，给出表3.12-1的计算表格。的计算表格。l 图图3.12-3(a)示出了各紧固件所受剪力示出了各紧固件所受剪力Q1和和Q2 , 图图3.12-3(b)示出了各紧固件上的合成剪力示出了各紧固件上的合成剪力(单单位位:lbf)l3.12.3 剪切角片剪切角片l 剪切角片是航空器结构中经常采用的，受力剪切角片是航空器结构中经常采用的，受力较小的接头形式。较小的接头

14、形式。l 它把载荷从一个构件传递到另一个构件。它把载荷从一个构件传递到另一个构件。l 下面以图下面以图3.124所示的典型例子来介绍连接所示的典型例子来介绍连接剪切角片所用铆钉的受力分析方法。剪切角片所用铆钉的受力分析方法。l 由图由图3.12-4(a)和和(b)可分析出，在这种结构形式和可分析出，在这种结构形式和载荷下，角片的受载如图载荷下，角片的受载如图3.124(c)所示所示(假设剪切假设剪切角片为图角片为图3.12-4(b)所示结构提供简支所示结构提供简支)。 角片上的铆钉分布如图角片上的铆钉分布如图3.12-5(a)所示。所示。l其中铆钉其中铆钉3、4的作用载荷的作用载荷Rc由力矩平

15、衡式由力矩平衡式l 1.5Rc = 1000 0.60l 得到得到 Rc = 400 (lbf)l同理，铆钉同理，铆钉1、2的作用载荷的作用载荷RL由力矩平衡式由力矩平衡式l 1.5 RL = 10000.45l 得到得到 RL = 300 (lbf)l这样，铆钉这样，铆钉1、2承受的剪力为承受的剪力为l Q1、2583 (lbf)l 铆钉铆钉3、4承受的剪力为承受的剪力为l Q3、4 640 (lbf)l3.12.5 剪切带的修理剪切带的修理l 修理剪切带时，应注意以下几个问题修理剪切带时，应注意以下几个问题:l (1) 必须考虑到剪切带上偏心载荷的影响必须考虑到剪切带上偏心载荷的影响;l

16、(2) 剪切带不能变薄剪切带不能变薄;l (3) 剪切带的拐角处是疲劳危险部位，修理时剪切带的拐角处是疲劳危险部位，修理时l 要恢复原来的圆角半径。要恢复原来的圆角半径。l 例例:某飞机前机身普通隔框由某飞机前机身普通隔框由J形挤压型材制形挤压型材制成。隔框上具有切口，以便桁条通过，如图成。隔框上具有切口，以便桁条通过，如图3.12-7(a)所示。所示。l 这种设计方式使隔框具有整体式剪切带。这种设计方式使隔框具有整体式剪切带。通过通过剪切带把剪切载荷从蒙皮传到隔框。剪切带把剪切载荷从蒙皮传到隔框。该普通隔框该普通隔框的几何尺寸和材料的几何尺寸和材料,如图如图3.128所示。所示。l 经检查发

17、现剪切带安装边有严重腐蚀。可按经检查发现剪切带安装边有严重腐蚀。可按如下方案进行修理。如下方案进行修理。l一、修理方案设计一、修理方案设计l 切除已产生严重腐蚀的剪切带安装边，用切除已产生严重腐蚀的剪切带安装边，用7075-T6、厚度、厚度0.135in的的T形挤压型材代替切带形挤压型材代替切带安装边，并连接到原剪切带上去。使原来整体式安装边，并连接到原剪切带上去。使原来整体式剪切带剪切带(图图3.12-7(a)改装为分体式剪切带改装为分体式剪切带(图图3.12-7)(b);l二、确定剪切带上的载荷二、确定剪切带上的载荷l XF-6铆钉的钉孔挤压强度为铆钉的钉孔挤压强度为1010 lbf(表表

18、3.10-2)。剪切带与蒙皮的连接采用双行共剪切带与蒙皮的连接采用双行共14个个XF-6铆钉。铆钉。所以，剪切带上总剪切载荷为所以，剪切带上总剪切载荷为l 1010 14 = 14140 (lbf)l 三、确定紧固件类型和个数三、确定紧固件类型和个数l 由于原剪切带沿隔框周向只有由于原剪切带沿隔框周向只有5.6in(图图3.12-8)长，不可能安装过多的紧固件。采用直径为长，不可能安装过多的紧固件。采用直径为1/4in的拉伸型凸头的拉伸型凸头Hi-lok螺拴，将新的螺拴，将新的T型安装边连型安装边连接到原剪切带上去。由表接到原剪切带上去。由表3.10-3查得孔的挤压强查得孔的挤压强度为度为29

19、00 lbf。所需紧固件个数为。所需紧固件个数为l 14140 / 2900 = 4.88 取取5个个l四、紧固件排列四、紧固件排列l 紧固件排列紧固件排列,如图如图3.12-9所示。所示。l 边距应为边距应为2D或或2.5D，取，取2D=0.50in。l 紧固件间距为紧固件间距为(5.6-20.5) / 4 =1.15 (in)l 它为紧固件直径它为紧固件直径 (0.25in)的的4.6倍，满足要倍，满足要求求;l l l五、检查偏心载荷五、检查偏心载荷l 为使偏心载荷尽可能小，剪切带上切除为使偏心载荷尽可能小，剪切带上切除部分应尽可能小。如图部分应尽可能小。如图3.12-10所示切除尺所示

20、切除尺寸最合适。寸最合适。 l 切割线到蒙皮内表面距离为切割线到蒙皮内表面距离为l 0.135 + 0.12 = 0.26in l(0.l2in为圆角半径，为圆角半径，0.135in为为T型材厚度型材厚度)。l 紧固件边距，如图紧固件边距，如图3.12-10所示，于是得所示，于是得l b = 0.26 + 0.50 = 0.76 (in)l b / a = 0.76 / 4.6 = 0.16l 查图查图3.126可算得紧固件上的最大载荷为可算得紧固件上的最大载荷为l 14140 0.22 = 3111 (lbf)l 直径直径1/4in的拉伸型凸的拉伸型凸头头Hi-lok螺栓钉孔挤压强螺栓钉孔挤

21、压强度为度为2900lbf，它小于上述计算值（，它小于上述计算值（3ll1 lbf），），因此，将因此，将Hi-lok螺拴改为螺拴改为1/32in过尺寸的。过尺寸的。l 1/4in直径凸头紧固件孔的挤压强度为直径凸头紧固件孔的挤压强度为2900 lbf，l 5/l6in直径凸头紧固件孔的挤压强度为直径凸头紧固件孔的挤压强度为3620lbf，故故9/32in直径的直径的Hi-lok螺拴孔的挤压强度为螺拴孔的挤压强度为l (3620+2900) / 2 = 3260 lbf，l 它比计算得到的紧固件最大偏心载荷值大，它比计算得到的紧固件最大偏心载荷值大，所以满足连接强度要求。所以满足连接强度要求。

22、l 然后再调整边距，使其满足然后再调整边距，使其满足l 2D的要求的要求,即边距为即边距为 29/32=0.5625。 一、拉伸连接角片一、拉伸连接角片 1.分类分类 板弯拉伸角片板弯拉伸角片(图图3.13-1(a) 挤压拉伸角片挤压拉伸角片(图图3.13-l(b) 拉伸连接角片拉伸连接角片 角型连接角片角型连接角片 槽形连接角片槽形连接角片 l l 2.作用作用 传递较小的载荷传递较小的载荷l 3.破坏形式破坏形式l a.薄的拉伸连接角片底面弯曲变形或撕裂薄的拉伸连接角片底面弯曲变形或撕裂;l b.厚的拉伸连接角片底面上的紧固件破坏厚的拉伸连接角片底面上的紧固件破坏。l 4.特点特点l 拉伸

23、连接角片的疲劳强度低，寿命短，拉伸连接角片的疲劳强度低，寿命短，尽可尽可能不采用拉伸连接角片。能不采用拉伸连接角片。l5.设计拉伸连接角片的注意事项设计拉伸连接角片的注意事项:l (1)使螺栓头尽量靠近弯曲半径或圆角半径使螺栓头尽量靠近弯曲半径或圆角半径;l (2)在偏心载荷传力路线上，尽量避免使用拉在偏心载荷传力路线上，尽量避免使用拉伸连接角片伸连接角片;l (3)在承受交变载荷的组件上，避免使用拉伸在承受交变载荷的组件上，避免使用拉伸角片角片;l (4)保证填角垫片与拉伸角片的弯曲半径相同。保证填角垫片与拉伸角片的弯曲半径相同。l （5）对于板弯拉伸连接角片，通常使它沿纵）对于板弯拉伸连接

24、角片，通常使它沿纵向晶粒方向受弯向晶粒方向受弯;对于挤压型拉伸连接角片，使对于挤压型拉伸连接角片，使它沿长横向承受弯矩作用。它沿长横向承受弯矩作用。l （6）对于薄拉伸连接角片，通常在紧固件头）对于薄拉伸连接角片，通常在紧固件头下面加适当厚的填角垫片下面加适当厚的填角垫片 (图图3.13-2)，以改善连，以改善连接角片底面的受力状态。接角片底面的受力状态。l二、拉伸接头二、拉伸接头l 承受高载荷的拉伸角片称作拉伸接头承受高载荷的拉伸角片称作拉伸接头(图图3.13-3)，l 它通常用挤压型材或锻件制成。它通常用挤压型材或锻件制成。l 这种拉伸接头在图示载荷作用下，螺栓的承这种拉伸接头在图示载荷作

25、用下，螺栓的承拉能力会明显降低，其降低系数由该图的曲线查拉能力会明显降低，其降低系数由该图的曲线查得。得。l 拉伸接头上拉伸接头上e和和a值的微小变化，都会导致螺值的微小变化，都会导致螺栓轴向载荷明显改变。栓轴向载荷明显改变。l 在使用中如果螺栓头断裂，在安装新螺栓之在使用中如果螺栓头断裂，在安装新螺栓之前，首先要检查拉伸接头的几何尺寸。前，首先要检查拉伸接头的几何尺寸。l例题一例题一 确定图确定图3.13-4所示拉伸连接角片上螺栓的所示拉伸连接角片上螺栓的安全裕度。安全裕度。l 假设拉伸连接角片底面上反作用力假设拉伸连接角片底面上反作用力(R) 作用在拉伸连作用在拉伸连接角片边界到紧固件孔边

26、距离的接角片边界到紧固件孔边距离的1/2处处(图图3.13-5)。l 由图由图3.13-4可知：可知：l 螺栓直径为螺栓直径为1/4 in.l a = (0.5 - 1/2 D)/2 + D/2 = 0.31 (in)l P1 = P(a+b) / al = 4627 (lbf)l 由表由表3.13-1查得查得BACB3OMR4螺栓的拉伸强度为螺栓的拉伸强度为5450(lbf)。l 所以，螺栓的安全裕度为所以，螺栓的安全裕度为 l M S =( 5450/4627 -1) 100%= 17.8%l l 立边上的许用应力为立边上的许用应力为 l 13501.25 /0.081.25 =16875 (lbf/in2)l 由图由图3.13-2查出，在立边应力为查出，在立边应力为16875 lbf/in时，底面总厚度为时，底面总厚度为0.21 in，所以填角垫片，所以填角垫片厚度为厚度为l t = 0.21 0.080 = 0.13 (in)。l 因此可以使用因此可以使用0.14 in标准尺寸厚的填角垫片。标准尺寸厚的填角垫片。lEND