用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验装置及实验方法

本申请涉及螺栓连接件制造，具体涉及一种用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验装置及实验方法，以根据不同试验件的尺寸进行灵活地调整。

背景技术：

1、随着现代航空工业的发展，以碳纤维增强树脂基复合材料(cfrp)为代表的先进复合材料因比强度高、比刚度高、耐腐蚀、耐疲劳、抗冲击以及功能可设计等优点，已在航空航天等领域得到广泛应用。碳纤维增强树脂基复合材料(cfrp)与传统的铝合金结构相结合，构成cfrp/al叠层结构，形成了大量的复合材料与铝合金的复合构件。

2、在复合材料与铝合金叠层结构的装配过程中，重要的连接形式为螺栓连接。螺栓连接具有性能稳定，能提供较高的承载能力等特点。其中，干涉螺栓连接通过改变连接螺栓和连接孔的相对尺寸(即存在孔轴尺寸偏差)，在螺栓和连接孔之间形成紧密的配合关系，能够显著的降低孔周的应力幅值，从而能够强化孔壁，延缓疲劳裂纹的产生，因此在金属结构中广泛应用。而对于复合材料而言，合适的干涉量能够在一定程度上降低孔周的应力集中，提高连接结构的强度和疲劳寿命。

3、干涉螺栓连接结构的承载性能主要取决于螺栓连接接头的质量，其中螺栓连接孔的几何参数是影响螺栓连接接头质量的关键。在cfrp/al叠层结构完成叠层制孔后，叠层结构后续还需经过下架、拆解、去毛刺、重新上架、连接等工序；由于夹具的定位精度及cfrp和al材料属性差异等原因，两者再次上架重定位的过程中容易产生孔轴偏差。产生孔轴偏差后，装配连接过程不可避免地会引起孔周的应力集中。在之后的服役载荷作用下，这种应力集中进一步影响结构损伤形式及扩展机理，导致叠层结构承载能力下降或过早失效。由此，螺栓连接的接头处成为整体结构的潜在薄弱环节，严重影响产品服役性能和安全。

4、存在孔轴尺寸偏差的cfrp/al叠层结构在进行干涉螺栓连接过程中，会导致孔周干涉区域的复杂应力状态，影响孔周损伤形式及演化机理，进而影响连接结构的强度和疲劳寿命。因此，通过实验来研究孔轴偏差对cfrp/al叠层结构干涉螺栓连接结构的损伤形式和扩展机理的影响，具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有实验装置夹持稳定性差、试件尺寸受限以及无法用于具有孔轴偏差的螺栓连接件等问题，本申请提供一种用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验装置，包括：基座模块和夹持模块；基座模块包括：支撑组件，具有可调的安装空间，用于安装不同尺寸的螺栓连接件；锁紧组件，与所述支撑组件相连，用于将所述支撑组件在适于安装所述螺栓连接件的位置处沿水平方向进行锁紧固定；夹持模块与所述支撑组件相连，用于固定所述螺栓连接件。

2、根据本申请的一些实施例，所述支撑组件包括：支撑平台，具有楔形的横截面；形状对称的一组支撑基座，分别位于所述支撑平台的两侧；

3、其中，所述一组支撑基座在与所述支撑平台相接触的一侧具有与所述楔形的横截面相配合的斜面，使得所述支撑平台在所述一组支撑基座之间的位置能够上下调节。

4、根据本申请的一些实施例，所述楔形的横截面包括分别位于两侧的第一斜面和第二斜面；所述一组支撑基座包括第一支撑基座和第二支撑基座；所述第一支撑基座包括与所述第一斜面相配合的第三斜面；所述第二支撑基座包括与所述第二斜面相配合的第四斜面。

5、根据本申请的一些实施例，所述楔形的横截面包括梯形或三角形。

6、根据本申请的一些实施例，所述夹持模块包括：

7、一组夹持组件，分别与所述一组支撑基座相配合，用于所述螺栓连接件在水平方向上的固定；

8、一组压紧组件，与所述一组夹持组件相连，用于所述螺栓连接件在竖直方向上的固定。

9、根据本申请的一些实施例，所述一组夹持组件包括：

10、第一夹持端，与所述第一支撑基座相配合；

11、第二夹持端，与所述第二支撑基座相配合。

12、根据本申请的一些实施例，所述第一夹持端或所述第二夹持端包括l形的截面。

13、根据本申请的一些实施例，所述一组压紧组件包括：

14、第一压块，分别与所述第一夹持端和第二夹持端相连；

15、第二压块，分别与所述第一夹持端和第二夹持端相连。

16、根据本申请的一些实施例，所述第一压块或所述第二压块包括“凹”字形的横截面。

17、本申请提供一种用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验方法，包括：

18、将所述螺栓连接件安装在上述实验装置上；

19、将所述实验装置与电子万能试验机相连；

20、通过所述电子万能试验机将螺栓压入所述螺栓连接件上具有孔轴偏差的中间位置孔中，并记录位移和载荷。

21、本申请提供的用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验装置能够满足不同孔轴偏差影响下的cfrp/al螺栓连接结构的安装需求。通过实验结果数据曲线可以看出相互，夹紧模块及设计的定位孔安装模式可以较好地保证中孔孔轴偏差的存在，且通过基座模块支撑结构的调整可以适用于不同尺寸的试件安装需求，通用性较好。

技术特征：

1.一种用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述支撑组件包括：

3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述楔形的横截面包括分别位于两侧的第一斜面和第二斜面；所述一组支撑基座包括第一支撑基座和第二支撑基座；

4.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述楔形的横截面包括梯形或三角形。

5.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述夹持模块包括：

6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，所述一组夹持组件包括：

7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于，所述第一夹持端或所述第二夹持端包括l形的截面。

8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于，所述一组压紧组件包括：

9.根据权利要求8所述的实验装置，其特征在于，所述第一压块或所述第二压块包括“凹”字形的横截面。

10.一种用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验方法，其特征在于，包括：

技术总结
一种用于具有孔轴偏差的螺栓连接件的实验装置，包括：基座模块和夹持模块；基座模块包括：支撑组件，具有可调的安装空间，用于安装不同尺寸的螺栓连接件；锁紧组件，与所述支撑组件相连，用于将所述支撑组件在适于安装所述螺栓连接件的位置处沿水平方向进行锁紧固定；夹持模块与所述支撑组件相连，用于固定所述螺栓连接件。通过基座模块支撑结构的调整可以适用于不同尺寸的试件安装需求，通用性较好。

技术研发人员：程晖,王曹阳,刘翘楚,程毅,张开富,胡文龙
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24