铆钉拉脱力估算和试验研究

摘 要：该文通过试验研究了埋头铆钉和突头铆钉的拉脱破坏强度及拉脱破坏模式，给出了典型的铆钉拉脱破坏载荷，可供飞机设计使用。

关键词：铆钉 拉脱力 试验研究

中图分类号：V261.29 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0007-02

现代飞机生产制造过程中，由于结构设计、工艺维修、检查的需要，机械连接不可或缺，铆接结构以其重量轻、成本低、工艺简单而普遍使用。铆接是一种不可拆卸的连接，它是依靠铆钉钉杆镦粗形成镦头将构件连接在一起，其可靠性强，连接强度较高，便于携带和便于使用自动钻铆设备等优点而成为一种应用广泛的永久性连接方法[1]。

随着新型飞机的研制，为满足结构设计要求，提高飞机性能，铆接技术不断发展，出现自动钻铆、电磁铆接技术等，不但可以提高工作效率，还可以减少质量波动，改善铆接结构的抗疲劳性能。自动钻铆技术主要应用于安装工作量大、表面质量要求严、种类单一的紧固件和具有较好的开敞性的装配件。例如在波音737尾段中，应用自动钻铆机进行紧固件安装的组件主要有上下壁板、上下甲板、辅助动力舱门（APU）等[2]。

铆钉是紧固件的一种形式，主要提供结构的连续性并允许在被连接件之间传递剪切载荷，决不允许在主要结构中作抗拉应用。铆钉仅允许在拉伸力为次要载荷存在的地方应用，例如：

a）在气动力引起升力的情况下蒙皮与结构的连接；

b）蒙皮在存在内压（燃油压力、机身内部压力等）的情况下与结构的连接；

c）承受对角拉伸起皱的腹板的连接；

d）薄板与有可能出现钉间屈曲的受压元件的连接。

当怀疑铆钉有可能经受超过次拉伸载荷时，则应使用螺栓或钢的箍紧套环紧固件。作为强度检查的目的，需要给出铆钉（埋头、突头）的抗拉强度，本文基于此进行理论估算和试验方面的研究。

1 理论估算

铆钉拉脱破坏跟铆接结构密切相关，包括铆钉形式、铆钉尺寸、连接板材料厚度等等因素，这些也决定了铆钉拉脱破坏模式的复杂多样性，其中最主要的为铆钉头剪切破坏（环切）、铆钉杆拉断和连接板拉豁。理论估算铆钉拉脱力没有详细的计算公式，在飞机设计手册第9册和MMPDS中简单给出了某种特定类型铆钉的拉脱强度计算公式[3]，没有普遍的适用性，而在飞机设计公司往往都是利用各自的试验统计数据。该文规划了有限范围，特定形式的试验项目，以期得到铆钉拉脱的载荷，供飞机分析设计参考和数据积累。

2 试验研究

该文设计试验来模拟铆钉拉脱破坏，主要考核铆钉破坏，用厚度t=5mm的铝板作连接件。试验所用的铆钉、连接件和试验件编号详见表1。铆钉采用埋头铆钉、突头铆钉两种铆钉，埋头铆钉和突头铆钉示意图见图1和图2。试验件连接示意图见图3。

试验在MTS试验机上进行，将试验件垂直支持在试验机上、下夹头之间，试验件的加载接头与试验机夹头简支连接，使拉力作用线通过铆钉轴线，试验件安装及加载见图4所示。

试验按照预定的试验顺序加载，直到试验件拉脱破坏，记录最大破坏载荷见表2，典型的试验破坏模式如图5所示。

3 结语

该文通过试验研究埋头铆钉、突头铆钉的拉脱破坏载荷及破坏模式，给出典型铆钉的拉脱破坏载荷及破坏模式，并分析得到以下结论：

突头铆钉相较埋头铆钉有更高的拉脱破坏强度；

埋头铆钉主要的破坏模式为铆钉头的剪切破坏，而突头铆钉则铆钉拉断和钉头剪切破坏的破坏模式都存在，鉴于试验数据较少，其中的破坏规律还待进一步的研究。

参考文献

[1] 曹增强.铆接技术发展状况[M].航空工程与维修，2000，6：41.

[2] 费军.自动钻铆技术在波音737尾段项目中的应用[M].航空制造技术，2007，9：85.

[3] 解思适.飞机设计手册第9册：载荷、强度和刚度[M].北京：航空工业出版社，2001.12：641-643.