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学兔兔 第5期(总第192期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．5 2015年 1O月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION 0ct． 文章编号：1672—6413(2015)05—0043—03 机械连接结构中紧固件附近的力学性能 秦 超 (扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225127) 摘要：在经典弹性力学和弹簧模型方法的基础之上，采用 ANSYS三维有限元方法，对单排多钉连接结构的 钉载分配、孔边危险点的应力情况进行了分析，研究了影响钉载分配关系与孔边应力分布情况的主要因素， 包括板厚、材料性能、构件尺寸及连接工艺等，重点探讨了板厚、材料刚度对孔边应力集中的影响。 关键词：钉载分配；孔边应力集中；紧固件；力学性能 中图分类号：TP391．7 文献标识码：A 0 引言 应力是较为复杂的，既有孔边挤压区又有拉伸区，是最 在各种系统及设备中，不可避免地存在着元件与 容易发生应力集中和出现危险的点，所以孔边附近网 元件、元件与构件之间的连接，机械紧固连接是最为常 格划分较密集。钉孔之间接触设置为摩擦接触，摩擦 用的一种连接形式。通常情况下认为，尽管由于各钉 因数为0．2，计算中考虑了钉孔的公差配合对载荷分 孔之间距离足够远，使得它们之间几乎没有相互作用， 配的影响，销钉建模时按原尺寸建模，不考虑过盈量， 但是仍然不能直接应用传统的弹性力学。因此虽然理 在Workbench接触设置Inter~ace Treatment选项中 论上对孔边应力集中及结构破坏问题进行了大量研 设置间隙过盈量。 究[】 ]，并取得了丰富成果，但是当应用到工程实际中 时，仍然有必要对多个问题展开深入研究。首先是钉 载分配问题，即使各钉孔连接情况完全相同，它们所承 担的载荷仍然可以是不同的，其相互之间的载荷比例 即为钉载分配关系；然后是各钉孔周边的应力集中问 题，应力集中与开裂、疲劳等结构破坏有着直接和密切 的联系，对结构安全具有重大影响，因而在理论与实际 工作中都受到了广泛重视，相关问题的研究层出不穷。 图 1 多钉连接结构模型的几何参数 本文采用 ANSYS有限元法对单排多钉连接结构的钉 2 有限元分析 载分配关系、孔边应力集中问题等进行了研究，分析了 2．1 板厚、材料性能对钉栽分配的影响 板厚等结构尺寸、连接工艺和材料性能等因素对它的 采用ANSYS有限元方法对钉载分配进行分析，板 影响。重点探讨了钉与孔之间的公差配合对钉载分配 的厚度及材料强度对载荷分配情况的影响如图2所示。 关系的影响，并对结构的优化设计进行了研究，为工程 从图2可以看出，随着板2材料强度的增加，靠近 实践提供了理论依据。 受载端的销钉受载变大，更容易发生屈服断裂。当板 1 多钉连接结构建模与分析 2材料强度比板1材料强度小时，靠近受载端的销钉 图1为多钉连接结构模型的几何参数。其中，w 受载变小，钉载分配趋于均匀。当板2厚度增加时，靠 为上、下两板板宽，L 、Lz为两板板长且L ===Lz， 。、 近受载端的销钉受载变小，靠近固定端销钉所受载荷 分别为上、下两板板厚，M为两板同侧端部间距，e为 有明显增大趋势，