机械结构中受剪连接部位应力集中及相关力学性能研究

摘要

在机械连接结构中存在着大量紧固件连接，由于结构件在钉孔附近存在显著的应力集中，裂纹将首先在此萌生，进而导致结构件发生疲劳或断裂，使得连接结构失效。因此紧固连接结构的疲劳强度问题受到了广泛关注，尤其是在民机结构设计与分析领域。目前，国内外民机结构耐久性评定主要采用的是疲劳分析和细节疲劳额定值(DFR)方法。当前，对于受拉结构一般采用应力严重系数(SSF)法对DFR方法进行拓展，而广泛应用于工程领域的疲劳寿命的估算方法一应力集中系数(SSF)法，其主要适用于受拉连接结构，而在通常的受剪连接结构中，不仅有剪切载荷的作用，同时仍有拉压载荷的作用，在分析中需要同时加以考虑，因此对于受剪结构而言SSF法不能直接适用，需要对DFR法进行改进，而在对DFR方法的改进与拓展研究中，最为关键的问题是钉载分配与应力集中问题。本文在经典弹性力学的基础之上，采用三维有限元方法，对双排多钉连接结构分别在受拉和受剪情况下的钉载分配、孔边危险点的应力情况进行了分析，研究了在受拉连接结构下影响钉载分配关系与孔边危险点应力集中情况的主要因素，包括板厚、材料性能、构件尺寸、及连接工艺等。重点研究了受剪连接结构中连接部位应力集中及相关力学性能问题，给出了受剪连接结构的钉载分配及应力集中问题的计算方法。并以试验验证了受剪情况下的钉载分配及孔边应力分布情况，实验结果、有限元结果、及理论分析的相关结果较为吻合，表明本文的计算、分析是正确的，得到了相关计算分析过程是合理的。
　　论文主要研究内容有:
　　(1)通过对剪切载荷作用下结构件中的紧固件连接情况、分布情况、及变形的分析，探讨结构件中的载荷传递规律，解决各紧固件的载荷分配问题;
　　(2)在得到了紧固件载荷的情况下，针对钉孔作用区内的应力分布情况，解决剪切载荷作用下钉孔附近的应力集中问题;
　　这一研究为后续的提出受剪连接情况下工程结构中应力集中分析方法，得到应力集中计算表达式，彻底解决这类问题奠定坚实基础;为受剪连接结构的疲劳分析奠定理论基础。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 研究现状

1．2．1 受拉结构的研究现状

1．2．2 DFR方法简介

1．2．3 连接件寿命分析的应力严重系数(SSF)法

1．2．4 受剪连接件问题研究现状

1．3 本文主要工作

第二章 本课题研究的理论基础及实验技术简介

2．1 虚拟实验技术—有限元方法简介

2．2 理论分析

2．2．1 结构细节应力分析的基本原理

2．2．2 结构细节内力的计算方法

2．2．3 结构细节应力分析的解析法

2．2．4 几何应力集中系数

2．3 电测应变技术

第三章 受拉连接结构连接件部位的分析

3．1 建模与分析

3．2 接触计算

3．3 连接板孔边应力分布情况

第四章 受剪连接结构连接件部位的分析

4．1 受剪连接结构连接件部位的理论分析

4．1．1 钉孔作用区域

4．1．2 危险点和参考点

4．1．3 钉传载荷

4．1．4 参考应力及应力集中系数

4．2 受剪连接结构连接件部位的有限元分析

4．2．1 受剪连接结构连接件载荷分配

4．2．2 受剪连接结构钉孔作用区域的有限元分析

4．2．3 受剪连接结构钉孔特殊部位应力分布情况的有限元分析结果

第五章 受剪连接结构试验测试

5．1．试验内容

5．2．试验件

5．3．应变片布置

5．4 试验设备和仪器

5．5 试件夹持及加载情况

5．6 试验步骤

5．7 试验数据结果

第六章 受剪连接结构研究结果

6．1 钉载分配结果比较

6．2 特殊点应力情况的比较

6．2．1 应力集中危险点的结果比较

6．2．2 特殊点应力分布情况试验与有限元结果的比较

第七章 工作总结与展望

7．1 工作总结

7．2 本文的创新点

7．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果

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