典型飞机修理-第四章ppt课件.ppt
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第四章 止裂带l4·1 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））有有助助于于机机身身蒙蒙皮皮承承受受增增压压引起的环向拉伸载荷引起的环向拉伸载荷;l （（2））在在蒙蒙皮皮疲疲劳劳裂裂纹纹达达到到临临界界长长度度前前改改变变裂裂纹纹的的扩扩展展方方向向或或使使裂裂纹停止扩展纹停止扩展;l （（3））减减轻轻结结构构重重量量，，增增加加有有效效商商载 l 机身蒙皮止裂带止裂带增加了机身蒙皮的承载机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 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 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飞飞机机的的研研制制过过程程中中，，波波音音公公司司进进行行了了全全尺尺寸寸机机身身蒙蒙皮皮测测试试以以验验证证机机身身结结构构的的破破损损-安安全全特性。
特性l 实验结果证明实验结果证明:l （（1））即即使使在在较较长长裂裂纹纹的的情情况况下下，，带带有有止止裂裂带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））即即使使机机身身蒙蒙皮皮有有较较大大的的穿穿孔孔，，带带有有止止裂裂带带的的机机身身蒙蒙皮皮结结构构也也可可以以防防止止增增压压机机身身出出现现疲疲劳劳裂纹失稳扩展导致灾难性后果裂纹失稳扩展导致灾难性后果 l 如如果果没没有有止止裂裂带带，，为为了了满满足足防防止止裂裂纹纹失失稳稳扩扩展展 (损损伤伤容容限限要要求求)以以及及蒙蒙皮皮承承受受意意外外大大穿穿孔孔要要求，必须将机身蒙皮设计得很厚求，必须将机身蒙皮设计得很厚 l 因因此此，，止止裂裂带带不不仅仅可可以以保保证证机机身身蒙蒙皮皮结结构构的的破破损损－－安安全全以以及及损损伤伤容容限限特特性性，，还还可可以以大大大大减减轻轻飞机结构的重量飞机结构的重量l 波波音音公公司司对对B757、、B767机机身身结结构构的的破破损损一一安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 止止裂裂带带可可以以阻阻止止裂裂纹纹扩扩展展的的根根本本原原因因在在于于降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 机机身身隔隔框框、、长长桁桁同同样样可可以以降降低低机机身身蒙蒙皮皮的的应应力水平l 因因此此除除止止裂裂带带外外，，机机身身隔隔框框的的整整个个横横截截面面以以及及框框的的剪剪切切片片、、机机身身长长桁桁结结构构，，也也有有助助于于保保证证机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显显示示了了止止裂裂带带可可以以使使B707机机身身蒙蒙皮皮上上的的裂裂纹纹改改变变方方向向，，从从而而允允许许蒙蒙皮皮向向外外掀掀开开向向外外掀掀开开的的机机身身蒙蒙皮皮可可以以使使机机身身内内部部缓缓慢慢卸卸压压机机身身内内部部气气压压的的降降低低会会进进一一步步降降低低蒙蒙皮皮应应力力水水平平，，从从而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）） l4·2 止裂带修理止裂带修理l 止止裂裂带带具具有有阻阻止止裂裂纹纹扩扩展展、、改改变变裂裂纹纹扩扩展展方方向向及及保保证证蒙蒙皮皮承承受受意意外外大大穿穿孔孔损损伤伤等等十十分分重重要要的的作用。
作用l 所所以以，，修修理理或或者者更更换换己己脱脱胶胶分分层层或或损损坏坏的的止止裂带很重要裂带很重要l 图图4-5显显示示脱脱胶胶后后的的止止裂裂带带大大大大降降低低了了蒙蒙皮皮阻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 脱脱胶胶的的止止裂裂带带应应该该被被铆铆接接到到蒙蒙皮皮上上以以基基本本恢恢复复蒙蒙皮皮原原来来的的破破损损－－安安全全以以及及损损伤伤容容限限等等设设计计要要求 l 图图4-6为为B737SRM中中机机身身蒙蒙皮皮止止裂裂带带脱脱胶胶后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 将将止止裂裂带带固固定定到到蒙蒙皮皮上上的的紧紧固固件件应应该该交交错错排排列，而不应该并排排列列，而不应该并排排列l 这这样样可可以以避避免免将将止止裂裂带带的的纯纯拉拉伸伸横横截截面面积积减减小到最低极限，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 按按照照SRM进进行行机机身身蒙蒙皮皮修修理理的的加加强强件件厚厚度度，，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 因因此此，，加加强强板板能能弥弥补补加加强强区区域域内内切切除除止止裂裂带带导导致致的的强强度度损损失失所所以以SRM蒙蒙皮皮修修理理中中没没有有要要求加强机身蒙皮修理时切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机机身身蒙蒙皮皮的的典典型型修修理理示示意意图图，，它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 l4·3 小小 结结l 止止裂裂带带和和机机身身隔隔框框、、机机身身长长桁桁有有助助于于机机身身蒙蒙皮皮承承受受增增压压载载荷荷，，从从而而起起到到延延缓缓蒙蒙皮皮疲疲劳劳裂裂纹纹的的扩展、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 止止裂裂带带还还可可以以使使疲疲劳劳裂裂纹纹区区域域的的机机身身蒙蒙皮皮外外翻翻，，从从而而允允许许机机身身内内部部缓缓慢慢卸卸压压，，使使机机身身内内外外压压差差降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 机机身身蒙蒙皮皮止止裂裂带带还还有有助助于于机机身身蒙蒙皮皮承承受受较较大大的意外穿孔的意外穿孔l 止止裂裂带带是是减减轻轻飞飞机机结结构构重重量量并并保保证证飞飞机机安安全全的的重重要要结结构构，，在在结结构构修修理理中中必必须须保保持持止止裂裂带带原原来来的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 = 7800×2.0 = 15600 (lbf·in)l 肋肋缘缘条条上上每每个个紧紧固固件件沿沿载载荷荷P的的方方向向(紧紧固固件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 假假设设肋肋缘缘条条上上各各紧紧固固件件由由力力矩矩M所所产产生生的的剪剪力力Q方方向向垂垂直直于于紧紧固固件件中中心心线线，，数数值值大大小小正正比比于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)示示出出了了各各紧紧固固件件所所受受剪剪力力Q1和和Q2 , 图图3.12-3(b)示示出出了了各各紧紧固固件件上上的的合合成成剪剪力力(单单位位:lbf) l3.12.3 剪切角片剪切角片l 剪剪切切角角片片是是航航空空器器结结构构中中经经常常采采用用的的，，受受力力较小的接头形式较小的接头形式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 下下面面以以图图3.12－－4所所示示的的典典型型例例子子来来介介绍绍连连接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，在这种结构形式可分析出，在这种结构形式和载荷下，角片的受载如图和载荷下，角片的受载如图3.12－－4(c)所示所示(假设剪假设剪切角片为图切角片为图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 l其中铆钉其中铆钉3、、4的作用载荷的作用载荷Rc由力矩平衡式由力矩平衡式l 1.5×Rc = 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 = 1000×0.45l 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、、2＝＝583 (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 (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:某某飞飞机机前前机机身身普普通通隔隔框框由由"J"形形挤挤压压型型材材制制成成隔隔框框上上具具有有切切口口，，以以便便桁桁条条通通过过，，如如图图3.12-7(a)所示 l 这这种种设设计计方方式式使使隔隔框框具具有有整整体体式式剪剪切切带带通通过过剪剪切切带带把把剪剪切切载载荷荷从从蒙蒙皮皮传传到到隔隔框框该该普普通通隔隔框框的几何尺寸和材料的几何尺寸和材料,如图如图3.12－－8所示 l 经经检检查查发发现现剪剪切切带带安安装装边边有有严严重重腐腐蚀蚀可可按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 切切除除已已产产生生严严重重腐腐蚀蚀的的剪剪切切带带安安装装边边，，用用7075-T6、、厚厚度度0.135in的的T形形挤挤压压型型材材代代替替切切带带安安装装边边，，并并连连接接到到原原剪剪切切带带上上去去使使原原来来整整体体式式剪剪切切带带(图图3.12-7(a)改改装装为为分分体体式式剪剪切切带带(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铆铆钉钉的的钉钉孔孔挤挤压压强强度度为为1010 lbf(表表3.10-2)。
剪剪切切带带与与蒙蒙皮皮的的连连接接采采用用双双行行共共14个个XF-6铆铆钉钉所以，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 由由于于原原剪剪切切带带沿沿隔隔框框周周向向只只有有5.6in(图图3.12-8)长长，，不不可可能能安安装装过过多多的的紧紧固固件件采采用用直直径径为为1/4in的的拉拉伸伸型型凸凸头头Hi-lok螺螺拴拴，，将将新新的的T型型安安装装边边连连接接到到原原剪剪切切带带上上去去由由表表3.10-3查查得得孔孔的的挤挤压压强强度为度为2900 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l 边距应为边距应为2D或或2.5D，，取取2D=0.50inl 紧固件间距为紧固件间距为(5.6-2×0.5) / 4 =1.15 (in)l 它它为为紧紧固固件件直直径径 (0.25in)的的4.6倍倍，，满满足足要求要求;l l l五、检查偏心载荷五、检查偏心载荷l 为为使使偏偏心心载载荷荷尽尽可可能能小小，，剪剪切切带带上上切切除除部部分分应应尽尽可可能能小小。
如如图图3.12-10所所示示切切除除尺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 = 0.16 l 查图查图3.12－－6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 直直径径1/4in的的拉拉伸伸型型凸凸头头Hi-lok螺螺栓栓钉钉孔孔挤挤压压强强度度为为2900lbf，，它它小小于于上上述述计计算算值值（（3ll1 lbf）），，因因此，将此，将Hi-lok螺拴改为螺拴改为1/32in过尺寸的过尺寸的l 1/4in直直径径凸凸头头紧紧固固件件孔孔的的挤挤压压强强度度为为2900 lbf，，l 5/l6in直直径径凸凸头头紧紧固固件件孔孔的的挤挤压压强强度度为为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 它它比比计计算算得得到到的的紧紧固固件件最最大大偏偏心心载载荷荷值值大大，，所以满足连接强度要求。
所以满足连接强度要求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 2×9/32=0.5625 §3-13 拉伸连接角片与拉伸接头拉伸连接角片与拉伸接头 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)在在偏偏心心载载荷荷传传力力路路线线上上，，尽尽量量避避免免使使用用拉拉伸连接角片伸连接角片;l (3)在在承承受受交交变变载载荷荷的的组组件件上上，，避避免免使使用用拉拉伸伸角片角片;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））对对于于板板弯弯拉拉伸伸连连接接角角片片，，通通常常使使它它沿沿纵纵向向晶晶粒粒方方向向受受弯弯;对对于于挤挤压压型型拉拉伸伸连连接接角角片片，，使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））对对于于薄薄拉拉伸伸连连接接角角片片，，通通常常在在紧紧固固件件头头下下面面加加适适当当厚厚的的填填角角垫垫片片 (图图3.13-2)，，以以改改善善连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 承承受受高高载载荷荷的的拉拉伸伸角角片片称称作作拉拉伸伸接接头头(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 这这种种拉拉伸伸接接头头在在图图示示载载荷荷作作用用下下，，螺螺栓栓的的承承拉拉能能力力会会明明显显降降低低，，其其降降低低系系数数由由该该图图的的曲曲线线查查得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例例题题一一 确确定定图图3.13-4所所示示拉拉伸伸连连接接角角片片上上螺螺栓栓的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 由由表表3.13-1查查得得BACB3OMR4螺螺栓栓的的拉拉伸伸强强度度为为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 1350×1.25 /0.08×1.25 =16875 (lbf/in2)l 由由图图3.13-2查查出出，，在在立立边边应应力力为为16875 lbf/in‘时时，，底面总厚度为底面总厚度为0.21 in，，所以填角垫片厚度为所以填角垫片厚度为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 。
