基于FKM标准的增材制造多钉连接结构疲劳强度评估与试验验证

李远杰; 刘军; 金海波; 李涛; 谢隋杰

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基于FKM标准的增材制造多钉连接结构疲劳强度评估与试验验证

更新时间：2026-09-08

- 基于FKM标准的增材制造多钉连接结构疲劳强度评估与试验验证
- FKM-based fatigue assessment of additively manufactured multi-bolt joints： numerical analysis and experimental verification
- 航空工程进展 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.航天国器智能装备（江苏）有限公司，无锡 214000
  2.南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京 210016
  3.国营芜湖机械厂，芜湖 241007
- 作者简介：
  
  金海波(1974-), 男, 博士, 副教授。 E-mail: jinhb@nuaa.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2018YFB1105800);航空科学基金(20180952007)
- DOI：
  中图分类号： V215.5
- 收稿：2026-03-31，
  
  修回：2026-09-02，
  
  网络首发：2026-09-08，
- 稿件说明：
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李远杰,刘军,金海波,等. 基于FKM标准的增材制造多钉连接结构疲劳强度评估与试验验证[J]. 航空工程进展.

LI Yuanjie,LIU Jun,JIN Haibo, et al. FKM-based fatigue assessment of additively manufactured multi-bolt joints: numerical analysis and experimental verification[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese)
李远杰,刘军,金海波,等. 基于FKM标准的增材制造多钉连接结构疲劳强度评估与试验验证[J]. 航空工程进展. DOI：

LI Yuanjie,LIU Jun,JIN Haibo, et al. FKM-based fatigue assessment of additively manufactured multi-bolt joints: numerical analysis and experimental verification[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese) DOI：

摘要

增材制造技术在航空航天承力结构中应用日益广泛。FKM标准能综合考量应力集中、表面状态及平均应力等疲劳因素，但其在增材制造多钉连接结构中的适用性尚缺乏系统试验验证。选取TA15增材制造钛合金中间连接板与7B04铝合金侧板组成的多钉连接件为对象，建立有限元模型，并通过静力拉伸试验及关键测点应变对比验证模型有效性。采用等幅疲劳试验获取起裂寿命及裂纹萌生位置；以有限元分析结果为输入，依据FKM标准计算危险孔位疲劳寿命及各孔位疲劳强度利用度。结果表明：预测寿命与试验起裂寿命处于同一数量级，高利用度孔位分布与试验裂纹萌生位置吻合较好，说明FKM标准能有效表征该类结构的疲劳寿命与局部危险位置，可为增材制造多钉连接结构的寿命估算、危险孔位识别及抗疲劳设计提供依据。

Abstract

Additive manufacturing is increasingly used in aerospace load-bearing structures. The FKM guideline， addressing stress concentration， surface condition， and mean stress， is experimentally validated for an additively manufactured multi bolt joint composed of a TA15 titanium central plate and 7B04 aluminum side plates. A finite element model， verified by static tensile tests and strain measurements， is employed to predict critical hole fatigue life and strength utilization at each hole per the FKM procedure. Constant amplitude fatigue tests provide crack initiation lives and sites. Predictions agree with experiments： lives are within the same order of magnitude， and high utilization holes match the observed crack locations. The FKM guideline thus effectively characterizes fatigue performance and critical zones， offering a basis for life estimation， critical hole identification， and fatigue resistant design of additively manufactured multi bolt joints.

关键词

Keywords

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