铰链支架结构连接强度试验研究

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摘要：铰链支架结构通常承受较高的集中载荷，对铰链支架结构进行拓扑优化、尺寸优化和形状优化，可使结构在满足强度、刚度要求的条件下重量达到较轻的水平。优化后的铰链支架结构通常结构形式复杂，在结构分析中，由于多余的约束反力及相应的变形协调条件较多，工程计算方法较为复杂且无法准确计算结构本身及其连接部位的强度。因此必须通过试验来验证铰链支架结构各部位的承载能力，降低结构设计的风险。该文通过试验分析研究结构的应力分布和连接强度，提高校核方法的准确性和可靠性，为铰链支架结构的计算分析和优化设计提供试验依据。

关键词：承载能力 连接强度

中图分类号：TU391 文献标识码；A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0024-02

铰链支架结构形式复杂，工程计算方法需要进行大量工程简化，因此算法保守且准确性难以保证。铰链支架与接头耳片多采用偏心螺栓组连接，应力状态复杂；支架结构通常为金属结构，在与复合材料结构连接时，其载荷分配和许用值都需要进行试验验证。通过试验可以对校核方法和结构的承载能力及其连接强度进行验证，掌握结构的应力分布和破坏模式，以便对结构进行进一步的优化设计，使结构形式更加合理。

1 连接强度试验

试验件在支持假件处进行夹持，采用连接角材与反力架相连，如图1所示。连接角材的一边通过螺栓与试验件相连，另一边通过螺栓与反力架相连。支持假件材料为4340钢。

耳片处为试验加载端，集中载荷通过耳片传递给试验件各部位。试验采用分力结构进行加载，通过加载臂将作动筒载荷传递到试验件，试验载荷为Fx=7216.73 N，Fy=35872.37 N。试验采用逐级加载直至破坏。试验环境为室温、干态。

试验坐标系原点位于接头耳片孔中心点，Z轴沿接头耳片转轴方向，X轴垂直于梁平面，Y轴垂直于XOZ平面。

2 试验结果分析

试验件在完成100%极限载荷的承载能力试验后逐级加载至破坏，如图2所示。试验件在复合材料壁板与支架连接处发生纤维断裂，在支架与假件连接处的紧固件发生脱落。

载荷通过支架传递至与支架端部相连接的支持假件的肋腹板上，导致支持假件的肋腹板上的紧固件脱落，支架上下端部与梁连接处的紧固件均被剪断。

由于试验件结构形式复杂，在试验载荷作用下试验件处于复杂应力状态，难以判断主应变及其方向。在试验中，采用直角应变花进行应变测量时，其最大主应变、最小主应变及其方向为：

式中：ε0、ε45、ε90――分别为所测量的应变片0°、45°、90°的应变值。

试验件载荷-应变曲线如图3所示，最大应变值达到10154 με，位于靠近支持假件侧的支架斜肋处。

3 结论

试验件严格按照试验标准执行，所有试验数据均真实有效。试验件通过了极限载荷承载能力验证且加载至破坏，破坏模式为支架与假件连接处的紧固件发生脱落，载荷通过支架传递至与支架端部相连接的支持假件的肋腹板上，导致支持假件的肋腹板上的紧固件脱落，支架上下端部与梁连接处的紧固件均被剪断。

通过试验验证了铰链支架结构各部位的承载能力和连接强度，掌握结构的应力分布和破坏模式，为铰链支架结构校核方法的准确性和可靠性提供试验依据，以便对结构进行优化设计，使结构形式更加合理。

参考文献

[1] 《材料力学》吉林科学技术出版社[M].2000.