确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法技术

本发明专利技术属于综合强度设计领域，涉及确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法。该方法包括：将两个连接板和连接两者螺栓的挤压问题简化为连接板和连接螺栓由连接板受载接触产生的挤压问题；连接螺栓插在连接板的孔内；依据简化后的问题建立连接板和连接螺栓的2D有限元模型，其中，连接板及螺栓二维单元属性为2D

【技术实现步骤摘要】
确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法


[0001]本专利技术属于综合强度设计领域，涉及确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法。

技术介绍

[0002]结构连接区作为影响整个结构寿命的关键区域设计时往往受到极大的重视，目前对连接区疲劳寿命的计算，尤其是对螺栓连接区寿命的计算，往往将孔边作为影响整个结构寿命的关键区域进行计算。在生产制造及外场超差问题处理中经常遇到螺栓连接区端距不足的问题，按照目前的算法，通过图表查到挤压孔不同端距对应飞孔边应力集中系数，进而得到孔边应力进行疲劳强度计算。该方法忽略端距不足引起的挤压空边界区的应力变化，且无法通过查阅图表得到端距不足引起的挤压孔边界区的应力变化情况，因此对挤压孔由于端距不足引起的应力变化规律的研究具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的：本文通过确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法，给出连接边缘区由于边距不足而引起的主应力变化规律，为边距不足问题的处理提供有力的支撑。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法，包括：
[0006]将两个连接板和连接两者螺栓的挤压问题简化为连接板和连接螺栓由连接板受载接触产生的挤压问题；连接螺栓插在连接板的孔内；
[0007]依据简化后的问题建立连接板和连接螺栓的2D有限元模型，其中，连接板及螺栓二维单元属性为2D
‑
sloid单元，用以模拟平面应变单元；
[0008]以孔的边距\端距不变，按照不同端距\边距改变孔的位置，在上述建立的2D有限元模型，得到不同端距\边距的有限元模型；
[0009]对各个有限元模型施加载荷，使用线性求解器进行求解，求得边界区域不同端距\边距情况下对应的最大主应力。
[0010]所述方法还包括：
[0011]以端距\边距为自变量，最大主应力为因变量，依据求解的结果拟合端距与应力对应的变化曲线及计算公式；
[0012]依据拟合出的计算公式，计算名义应力比例系数得到真实边界区最大主应力。
[0013]依据拟合出的计算公式，计算名义应力比例系数得到真实边界区最大主应力，包括：
[0014]利用边界区最大主应力的计算公式得到相应应力，根据相应应力与实际厚度对应的连接板名义应力相比得到比例系数，计算公式得到的相应应力与比例系数相乘即得到实际情况边界区最大主应力。
[0015]载荷采用分布载荷的方式施加。
[0016]连接板、螺栓均按照可变形体进行接触定义。
[0017]螺栓中心点约束平面内两个方向平动自由度，连接板约束平面内与所施加载荷方向垂直自由度。
[0018]以孔的边距不变时，边距大于或等于2倍螺栓直径，端距分别取2倍螺栓直径、1.5倍螺栓直径、1倍螺栓直径。
[0019]以孔的端距不变时，端距大于或等于2倍螺栓直径，边距分别取2倍螺栓直径、1.5倍螺栓直径、1倍螺栓直径。
[0020]采用求解器为Nastran。
[0021]本专利技术的有益效果：该方法已在直升机设计中使用，并已通过静强度试验、疲劳强度试验验证，快速、有效的解决了生产制造及外场使用中端距不足问题，带来了极大的时间与经济效益。
附图说明
[0022]图1为简化后的连接板及螺栓的2D有限元模型的示意图。
[0023]图2为加载示意图。
[0024]图3为边距不变下端距与最大主应力的关系图。
[0025]图4为边界区的示意图。
[0026]图5为端距不变下边距与最大主应力的关系图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术主要针对螺栓受剪情况(无旁路载荷，只有挤压载荷)，且螺栓边距满足设计要求(即≥2d)，不同端距情况下(即附图1中h值不同取值下)边界区域最大应力分布规律，边界区域见附图1所示。将两个连接板和连接两者螺栓的挤压问题简化为连接板和连接螺栓由连接板受载接触产生的挤压问题；连接螺栓插在连接板的孔内。
[0029]由于挤压孔直径及所施加载荷均为变量，本专利技术主要针对边缘区最大主应力分布规律的研究，因此选取典型的挤压孔直径及受载情况进行研究，给出最大应力分布规律拟合方法，设计中的真实变量情况均可按照本专利技术的方法得到相应的主应力分布规律。边界区域为边界B区，长度为螺栓直径，宽度为2mm，见附图4。
[0030]1.确定边界B区最大主应力分布规律方法如下：
[0031]2.建立连接板及连接螺栓的2D有限元模型，连接板及螺栓二维单元属性为2D
‑
sloid单元，用以模拟平面应变单元；
[0032]孔边距满足≥2d(d为螺栓直径，见附图1)，端距h分别取2d、1.5d、1d，根据上述不同边距建立不同的有限元模型；
[0033]3.连接板、螺栓均按照可变形体进行接触定义(采用建模软件为Patran)；
[0034]4.对螺栓中心点约束平面内两个方向平动自由度，连接板约束平面内与所施加载荷方向垂直自由度；
[0035]5.采用分布载荷的方式进行载荷施加；
[0036]6.使用线性求解器(SOL101)进行求解(采用求解器为Nastran)；
[0037]7.求得边界区域不同端距情况下对应的最大主应力及Von
‑
Mises应力，拟合端距与应力对应的变化曲线及计算公式；
[0038]8.计算名义应力比例系数得到真实边界区最大主应力。
[0039]根据上述方法建立简化计算模型进行分析，首先初始模型端距满足设计要求，即：
[0040]h＝2d，其中d＝6mm，模型长度为100mm(为消除载荷加载区效应)，螺栓孔边距为13mm，加载及约束条件见图1、图2所示。
[0041]单元属性为2D
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sloid单元，加载端施加分布载荷，分布载荷集度为38.46N/mm，总载荷为1000N，连接板加载端中点处约束Y方向平动自由度，螺栓处约束X、Y方向自由度。
[0042]按照上述建模及求解要求，得到不同端距下边界B区主应力。
[0043]a、螺栓端距为2d(12mm)
[0044]对于满足端距要求的边界B区最大主应力为75.4MPa。
[0045]b、螺栓端距1.5d(9mm)
[0046]对于端距为1.5d的边界B区最大主应力为118MPa。
[0047]c、螺栓端距1d(6mm)
[0048]对于端距为1d的边界B区最大主应力为249MPa。
[0049]由上述分析得到不同端距连接边界B区最大主应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定不同边\端距下挤压孔边缘区应力分布规律的方法，其特征在于，包括：将两个连接板和连接两者螺栓的挤压问题简化为连接板和连接螺栓由连接板受载接触产生的挤压问题；连接螺栓插在连接板的孔内；依据简化后的问题建立连接板和连接螺栓的2D有限元模型，其中，连接板及螺栓二维单元属性为2D
‑
sloid单元，用以模拟平面应变单元；以孔的边距\端距不变，按照不同端距\边距改变孔的位置，在上述建立的2D有限元模型，得到不同端距\边距的有限元模型；对各个有限元模型施加载荷，使用线性求解器进行求解，求得边界区域不同端距\边距情况下对应的最大主应力，边界区宽度为2mm。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：以端距\边距为自变量，最大主应力为因变量，依据求解的结果拟合端距与应力对应的变化曲线及计算公式；依据拟合出的计算公式，计算名义应力比例系数得到真实边界区最大主应力。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据拟合出的计算公式，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明忠，曹元宝，王碧蓉，查丁平，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：