双层槽钢结构铆钉传力分析与优化.pdfVIP

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　《广西机械》　2002 年第 2 期　 双层槽钢结构铆钉传力分析与优化 1 2 2 2 沈光烈 , 陈旭农 , 李江柳 , 闫剑涛 ( 1 广西工学院, 广西 柳州　545006; 2 柳州五菱汽车有限责任公司, 广西 柳州　545007) 摘要: 在研究铆钉连接传力特征的基础上, 讨论了用铆钉连接的双层槽钢梁的设计问题, 文中 给出的结论, 既有理论的进步, 又对实际设计工作有具体指导意义。 关键词: 汽车车架; 铆钉连接; 有限元法; 双层槽钢 中图分类号:U 46332　　文献标识码: A 　　文章编号: 1004- 2 148 (2002) 02- 0023- 05 后, 通过铆钉将弯矩传递给内层槽钢。用低刚度的 前言 铆钉, 使大刚度的内层槽钢横截面产生符合平面假 　　近年来, 在国内外多种中、重型汽车上应用了双 设的变形, 理论和实际上都有很大的差距。 层槽钢车架纵梁。但由于对用铆钉连接的双层槽钢 　　为了研讨铆钉传力的特征, 本文首先设计了长 度为 500 的悬臂梁, 在 自由端通过铆钉传力。整 的传力特征认识不足, 忽略了铆钉连接的影响, 而将 mm 双层槽钢看成是整体截面用梁单元或壳单元进行计 个结构用壳单元离散, 在外层槽钢与铆钉之间建立 算, 导致出现了计算应力比实际应力偏低的现象, 使 起刚性联系, 给定一个强迫转角位移, 进行计算。图 一些车架出现早期断裂现象和车架材料用量过大现 1 给出M ises 应力三维云图, 从图中可看出, 传力路 象, 提高了生产成本和汽车自重。 线从铆钉开始, 向上下翼板和腹板的交界棱线发展, 　　本研究指出, 用铆钉连接的双层槽钢车架, 内层 高应力区仅 占翼板的很小棱线发展, 高应力区仅 占 槽钢受力参与程度不足, 不符合梁理论中梁横截面 翼板的很小部分, 且离铆钉越远越小, 应力分布完全 平面变形的假设。提出内层槽钢的应变能与结构整 不符合平面假设。为了更进一步从数量上分析, 计算 体总应变能的比例作为定量指标来评价结构中部分 了悬臂梁在两种情况下的应变能密度。①梁自由端 材料的参与程度。应用该项指标作为优化的目标函 横截面刚性的转动 1°强迫位移。②梁自由端仅通过 数, 对此类结构进行的设计可以较好地确定铆钉的 两个铆钉给定 1°强迫位移。 布局与间距, 并使强度与刚度指标有明显的改进。本 研究提出的原则和方法有理论上的进步, 对此类结 构设计有实际的指导意义。 1　铆钉连接传力特征的分析 　　材料力学中梁的理论以及有限元法的空间梁单 元理论都是建立在梁弯曲时横截面保持平面这一假 设的基础之上。该假设称纳维什( ) 假设。 · N av ier L 纳维什(L ou is N av ier 1785～ 1863) 用这个假设得出 了最初完善的梁的应力理论, 为以后力学的进步打 图 1　铆钉传力路径图 下了基础。但实际应用中, 双层槽钢梁外层受力变形 　　图2、图 3 给出了二种情况下的应变能密度沿 ( ) 作者简介: 沈光烈 1942- , 男, 现为广西工学院教授、柳州五菱有限责任公司特聘专家; 陈旭农、李江柳、闫剑涛均为柳州五菱汽车有限责任公 司工程师, 现在柳州五菱汽车有限责