[发明专利]一种耳片连接件疲劳裂纹扩展的试验分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种疲劳裂纹扩展寿命预测的试验分析方法，特别涉及一种耳片连接件疲劳裂纹扩展的试验分析方法，提供了多种典型耳片连接件在不同方向载荷下的应力强度因子表达式和一套耳片连接件疲劳试验的夹具装置。 

背景技术

耳片结构广泛应用于各种机械设备中。目前在损伤容限设计分析方面，只能解决直耳片受纵向拉载荷的情况，对于耳片连接件受斜载荷的情况，没有合适的模型方法来确定裂纹扩展特性和剩余强度要求，这就需要通过理论与试验分析进行研究，相应的夹具设计是试验分析研究的基础，求出耳片连接件的应力强度因子表达式是研究其疲劳断裂特性的关键。 

在国内，对于典型结构部件的损伤容限特性分析工作已取得一定进展，并且制定了相关的损伤容限设计准则和分析方法，出版了相应的损伤容限设计手册及指南。对连接耳片结构也做了一定的损伤容限分析。 

西北工业大学李亚智，黄其青，傅祥炯及中国飞机强度研究所郑旻仲等人提出了一种含裂纹结构剩余强度的估算方法，求出了典型对称耳片连接件受纵向拉载的临界应力强度因子表达式，通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合，估算剩余强度许用值，取得很好的预测精度。对于斜耳片或非对称耳片受纵向拉载或斜载的情况，未进行探讨。黄其青进行了对称与非对称斜削耳片的危险部位及应力强度因子分析，给出了多种角度载荷作用下应力强度因子曲线，但未给出应力强度因子表达式。《螺栓和耳片强度分析手册》制定了耳片、螺栓的强度分析手册和连接件的疲劳分析手册，其中给出了影响连接耳片强度和疲劳特性 的因素以及耳片的常见破坏方式等。张树祥采用折算系数法对任意角度受载的耳片进行了强度分析，但这是一种半经验半理论的方法，有时与实际相差较大。刁文琦运用机械结构可靠性设计理论对某飞机上耳片接头的静强度可靠性进行了分析和计算，而其它方面如疲劳等问题未作进一步分析。陈秀华等采用非线性有限元法，运用MSCPantran和MSC Marc分析某飞机平尾升降舵铰链接头耳片在轴向0°，斜向45°和横向90°三个方向的承载能力，并给出对应的极限承载能力和应力分布情况，未对耳片疲劳特性进行分析。 

在国外，J.Schijve，A.H.W.Hoeymakers对耳片的疲劳裂纹扩展特性进行了分析，J.E.Moon对受钉载耳片的疲劳性能进行改进，A.F.Liu对断裂的耳片进行了试验与分析，G.C.Sih，C.T.Li对孔边角裂纹的形成与扩展进行了描述，G.Nicoletto根据试验对直耳片的裂纹形成与扩展进行了描述，K.Kathiresan等对连接耳片的裂纹扩展与损伤容限进行了分析与研究。但上述研究均未提出对称与非对称斜削耳片连接件受纵向拉载或斜载的应力强度因子表达式。 

在疲劳裂纹扩展试验方面，未见有针对不同形状耳片受斜载荷的夹具设计。对于对称与非对称直、斜耳片连接件在直、斜载荷作用下的疲劳裂纹扩展分析，国内外尚未见有系统的试验分析研究方法，也未有相应的裂纹扩展模型。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种耳片连接件疲劳裂纹扩展的试验分析方法，目的在于为耳片连接件的疲劳裂纹扩展提供一套可行的、合理的试验与理论分析方法。 

技术方案 

一种耳片连接件受轴向拉载疲劳裂纹扩展的试验分析方法，其特征在于步骤如下： 

步骤1试验耳片的安装： 

步骤(a)在耳片一端的孔边沿径向加工出深1mm的穿透缺口，其方向垂直于载荷方向；沿载荷方向将缺口末端的耳片表面打磨光滑； 

步骤(b)：将耳片缺口端通过螺栓与裂纹端夹具1的叉耳相连接，另一端与无裂纹端夹具2的叉耳连接 

步骤(c)：用试验机下夹头夹住裂纹端夹具1的端部，试验机的上夹头夹住无裂纹端夹具2的端部，并保证两个夹头的对中线与裂纹端夹具1和无裂纹端夹具2端部的中线重合； 

步骤2利用试验机在耳片上加载制造疲劳裂纹： 

步骤(a)：预制疲劳裂纹的载荷为等幅谱，正弦波形，载荷峰值采用0.1[P]_n，当耳片缺口部位出现0.4mm～0.8mm的初始穿透裂纹即停止预制疲劳裂纹； 

步骤(b)：疲劳裂纹扩展试验的加载频率为5Hz，正弦波形；载荷峰值为0.15[P]_n，每隔1000～3000次将频率降1Hz，得到每次裂纹长度a和与对应的载荷循环数N；