中国明升m88国际 网讯，在航空动力系统领域，功率分出轴与发动机附件的连接可靠性直接关系到整机运行安全，其中紧固件作为关键连接部件，其在极端工况下的稳定性备受关注。2025年，紧固件行业在航空领域的技术研究进一步深化，针对高速运转场景下紧固件可能出现的松动、剪断失效问题，相关技术探索聚焦于如何通过结构设计与性能验证，确保失效紧固件不对周边部件造成安全威胁，而功率分出轴上套圈与保护罩对紧固件的包容能力研究，成为保障自锁结构安全的重要方向。以下是2025年紧固件行业技术分析。

  一、功率分出轴紧固件建模与包容性仿真基础构建

  功率分出轴与飞机发动机附件采用自锁结构连接，虽能提升维护性、缩短拆装时间并避免轴体磕碰，但实际工作中，自锁螺母可能松动、螺栓可能剪断失效。失效后的紧固件会随轴高速运转飞出，可能损伤套圈与保护罩，若套圈 / 保护罩不具备包容能力，紧固件掉落机舱将引发安全风险，因此需开展功率分出轴紧固件包容性分析。

  《2025-2030年全球及中国紧固件行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，在建模过程中，因仅关注紧固件包容性，对功率分出轴模型进行简化，仅包含套圈、螺母、保护罩和螺栓这几个与紧固件包容相关的核心部件。各部件材料参数明确，套圈采用 TA15 材料，弹性模量 118GPa、泊松比 0.39、密度 4450kg/m³、屈服极限 855MPa、强度极限 1130MPa;螺母采用 40CrNiMoA 材料，弹性模量 209GPa、泊松比 0.295、密度 7850kg/m³;保护罩采用 TC1 材料，弹性模量 118GPa、泊松比 0.39、密度 4550kg/m³、屈服极限 800MPa、强度极限 900MPa;螺栓采用 GH4169 材料，弹性模量 204GPa、泊松比 0.3、密度 8240kg/m³。

  选用 Plastic Kinematic 硬化模型，设置套圈及保护罩塑性失效应变为 0.5。为保证螺母飞出时能与套圈碰撞，对真实套圈一端进行加长并保留无孔半环;真实保护罩为多段外壳焊接而成，建模时简化选取螺栓附近外壳作为研究对象。采用 8 节点六面体单元划分网格，套圈 / 螺母共 21720 个单元、27833 个节点，保护罩 / 螺栓共 2624 个单元、3795 个节点。

  设置套圈 / 保护罩与螺母 / 螺栓之间为侵蚀型点面接触，套圈为目标体，螺母为接触体，静、动摩擦系数均取 0.25。当材料塑性应变计算值超过失效塑性应变时，判定单元失效并删除，以此模拟结构实际破坏情况。考虑到套圈和保护罩实际装配时由上下两部分拼合并固定，在有限元模型中约束套圈与保护罩两侧截面。

  功率分出轴最高工作转速为 13862.0r/min，为保证安全裕度，包容性试验需达到 120% 最高转速(16634.4r/min)。螺母所在圆周半径为 40mm，根据线速度计算公式v=ωr(其中v为线速度，ω为旋转速度，r为旋转半径)，可计算出螺母飞出初速度为 69.7m/s。

  响应计算时间需兼顾求解精度与效率，通过设置不同求解时间多次迭代，得到不同计算时间下的求解结果。套圈 / 螺母在计算时间 0.5ms 时，最终时刻分离、未反弹飞出;5.0ms 和 50.0ms 时，最终时刻均分离且反弹飞出。保护罩 / 螺栓在计算时间 0.5ms 时无明确结果，5.0ms 和 50.0ms 时，最终时刻均分离且反弹飞出。综合考虑获取完整包容过程与提高求解效率，确定计算时间长度为 5.0ms。

  二、功率分出轴紧固件包容性仿真结果分析

  通过仿真计算得到应力云图，结果显示在 5.0ms 内，紧固件均未击穿靶板(套圈 / 保护罩)，且与靶板碰撞后弹回，表明套圈 / 保护罩对螺母 / 螺栓具备包容能力。

  从紧固件速度变化来看，飞出后螺母速度由初始的 69.7m/s 衰减到 14.0m/s，螺栓速度由 69.7m/s 衰减到 19.0m/s。撞击过程中，套圈发生撞击时最大应力为 1050MPa，保护罩最大应力为 1430MPa，均超出各自材料屈服强度。其中，套圈最大应力达到其强度极限的 92.9%，保护罩最大应力达到其强度极限的 158.9%。撞击后，保护罩出现明显塑性变形，但套圈和保护罩均未被击穿，进一步验证了套圈 / 保护罩对紧固件的包容效果。

  三、功率分出轴紧固件靶板弹道冲击试验方案与原理

  考虑到旋转试验需额外设计飞脱装置，结构复杂，且高速旋转状态下需通过附加质量保持试验器动平衡，暂不具备该试验条件，而靶板弹道冲击试验可有效分析包容性和结构受撞击后的破坏机理，还能探究材料、结构形式、冲击形式等不同工况下的包容性规律和影响因素，因此选择通过靶板弹道冲击试验对套圈 / 保护罩进行包容性机理研究，并与仿真结果对比。

  试验中明确了螺母 / 螺栓的冲击方向及冲击点位置。将套圈 / 保护罩固定在冲击夹具上，为与仿真固定方式一致，在靶板两端部打孔并用螺栓固定。把螺母 / 螺栓置于弹托后放入空气炮中，调节气压使弹托以 69.7m/s 的速度发射，当弹托接触到炮口的脱弹器后，螺母 / 螺栓与弹托分离，以该初始速度水平飞出并冲击靶板。

  试验需测量螺栓和螺母的反弹速度，同时在保护罩和套圈典型位置布置三向应变花，这些位置需尽可能靠近撞击点，但又不能因撞击随靶板一起破坏失效，以准确获取靶板上的最大应力，用于监测冲击过程中的等效应力。

  靶板试验台布局清晰，使用空气炮将紧固件以所需速度打出，通过脱弹器和定制弹托实现螺栓、螺母以实际工作姿态飞出。在炮管处布置红光点状激光器测量紧固件打出时的初始速度vs，利用高速摄像机拍摄紧固件飞出后与靶板的撞击过程。选取冲击后反弹脱离靶板的两帧，对应时刻记为t1和t2(t2>t1)，通过试验台侧面背景板上的刻度识别出两帧之间弹体飞出的距离d，再根据公式vc=t2−t1d计算撞击后的剩余速度vc。

  为模拟套圈和保护罩的实际安装状态，将其通过螺栓安装在专用夹具上，夹具再通过螺栓固定在底板上，借助夹具与底板的腰形孔可调节其相对位置，从而控制螺栓 / 螺母的撞击位置。

  四、功率分出轴紧固件靶板弹道冲击试验结果与验证

  试验件运动轨迹显示，试验过程中螺母和螺栓分别未穿透套圈和保护罩。试验后观察发现，套圈未出现破损现象，保护罩有较大塑性变形且出现破损。

  在冲击过程中，通过动态采集系统记录冲击点附近的三向应变，并计算相应的最大等效应力。套圈 / 螺母试验中，0° 方向冲击最大应变为 1212μm/m，45° 方向为 905μm/m，90° 方向为 7057μm/m，冲击最大等效应力为 1024.64MPa，与仿真结果的误差为 2.42%;保护罩 / 螺栓试验中，0° 方向冲击最大应变为 3062μm/m，45° 方向为 11040μm/m，90° 方向为 - 666μm/m，冲击最大等效应力为 1491.02MPa，与仿真结果的误差为 4.27%。可见各试验对象均已超过材料屈服极限，其中保护罩最大应力是抗拉强度的 1.66 倍，套圈最大应力是抗拉强度的 0.91 倍。

  为确保试验结果的一致性，额外进行了 2 次靶板冲击试验，均未出现穿透情况。由于撞击角度和打出的初始速度略有不同，每次回弹轨迹存在差异，但回弹速度集中在 15~25m/s。具体数据如下：

  套圈 / 螺母试验：第一次初始速度 70.5m/s，剩余速度 15.6m/s，剩余速度与初始速度比值 22.1%;第二次初始速度 67.3m/s，剩余速度 12.5m/s，比值 18.6%;第三次初始速度 70.4m/s，剩余速度 16.6m/s，比值 23.6%，三次试验后靶板均未穿透且无破损，撞击后平均速度 14.9m/s，试验与仿真误差 6.0%。

  保护罩 / 螺栓试验：第一次初始速度 70.0m/s，剩余速度 17.2m/s，比值 24.6%;第二次初始速度 72.9m/s，剩余速度 12.2m/s，比值 16.7%;第三次初始速度 76.1m/s，剩余速度 15.4m/s，比值 20.2%，三次试验后靶板均未穿透但有破损，撞击后平均速度 14.9m/s，因后 2 次初始速度过大，对比试验与仿真误差时仅使用第一次结果，误差为 9.5%。

  综合来看，套圈和保护罩的包容性和损伤机理从试验层面得到验证，反弹速度方面，螺母和螺栓在多次试验中均减速至初始速度的 25% 以内，且分别与仿真误差小于 10%;套圈和保护罩上的最大等效应力与仿真误差均在 5% 以内，数值模拟结果得到有效验证。

  五、功率分出轴紧固件包容性研究结论与展望

  基于 Plastic Kinematic 硬化模型，结合有限元分析软件对高能量紧固件撞击套圈 / 保护罩包容结构的响应及损伤机理展开分析，并结合靶板冲击试验对数值模拟结果进行验证，得出以下关键结论：

  首先，在 120% 最高转速(16634.4r/min)下，螺母和螺栓以 69.7m/s 的初始速度飞出撞击套圈和保护罩时，会产生高于套圈和保护罩屈服强度的应力，其中保护罩承受的应力甚至超过其强度极限，但套圈和保护罩均未被击穿，仅保护罩出现塑性变形和破损，同时撞击后紧固件速度衰减至初速度的 25% 以内(螺母最终速度 14.0m/s、螺栓 19.0m/s，试验中回弹速度集中在 15~25m/s)，这表明套圈和保护罩在 120% 最高工作转速下对紧固件具备良好的包容能力。

  其次，将试验与仿真结果对比发现，撞击后速度误差小于 10%，最大等效应力误差小于 5%(套圈 / 螺母误差 2.42%、保护罩 / 螺栓误差 4.27%)，充分体现出精细化分析模型在高能量冲击的瞬态非线性有限元分析场景中的优越性，同时也证明了使用真实套圈 / 保护罩作为靶板开展试验的必要性，能更准确反映实际工况下紧固件与包容结构的相互作用。

  最后，后续研究将进一步在轴上安装和旋转状态下，模拟功率分出轴实际工作中紧固件松脱飞出的场景，对功率分出轴包容性进行更深入的探索和分析，从而进一步保证功率分出轴在极端飞行条件下的可靠性与安全性，为紧固件在航空动力系统中的更安全应用提供更全面的技术支撑。

  整篇文章围绕功率分出轴紧固件的包容性展开，从建模仿真到试验验证，系统呈现了2025年紧固件行业在该领域的技术研究成果。通过明确的建模参数、详细的仿真分析、严谨的试验设计与数据对比，证实了套圈和保护罩对失效紧固件的包容能力，同时验证了精细化模型的准确性。试验与仿真结果的高度契合，为后续相关研究提供了可靠的技术参考，也为航空领域紧固件的安全应用奠定了坚实基础，进一步推动了紧固件行业在极端工况下技术研究的深化与发展。