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基于接触问题的研究方法,利用由MSC.Patran/Nastran软件建立的多排双剪螺栓连接有限元模型,对螺栓-孔接触域上的应力分布进行了研究。研究过程中主要考虑在不同的间隙和接触面粗糙度下,各排螺栓的应力分布变化规律。研究发现间隙和粗糙度对孔受压面上的应力影响较大,但不能破坏各排螺栓孔应力分布规律的相似性。在建模过程中,将螺栓定义为可变性接触体,考虑了螺栓与铝板之间的接触摩擦以及相互间弹性变形,比以往的刚性体螺栓具有更高的准确性和可靠性。
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第
29
卷第
5
期
2011
年
10
月
中国民航大学学报
Vo
1.
29
No.5
October
2011
JOURNAL OF CIVIL AVIATION UNIVERSITY OF C
IllN
A
双剪多排螺栓连接螺栓孔接触域应力分布研究
徐建新,陈文俊,李顶河,贾宝慧
(中国民航大学航空工程学院,天津
3
∞
300)
摘
要:基于接触问题的研究方法,利用由
MSC.Patra
n/N
astran
软件建立的多排双剪螺栓连接有限元模型,对螺栓
孔接触域上的应力分布进行了研究。研究过程中主要考虑在不同的间隙和接触面粗糙度下,各排螺栓的应
力分布变化规律。研究发现间隙和粗糙度对孔受压面上的应力影响较大,但不能破坏各排螺栓孔应力分布
规律的相似性。在建模过程中将螺栓定义为可变性接触休考虑了螺栓与铝板之间的接触摩擦以及相互
间弹性变形,比以往的刚性体螺栓具有更高的准确性和可靠性。
关键词:螺栓连接;应力分布;接触应力;有限元法
中图分类号:
TB31; V229
文献标志码
:A
文章编号:
1674-5590(2011)04-0008-04
Stress Distribution Around Bolt-
Hole
Contact Areas
in
Multiple Bolt-Jointed Plates
XU
]ian
啡时
,
CHEN
Wen
τ
;un
,
LI
Ding-he
,
]IA
B
α
o-hui
( College
0/
A eronautic
a1
Engineering,
CA
UC
, Tianjin 300300, China )
Abstract:
Based on the method of dealing with contact problem ,a finite element analysis model of multiple bolt-jointed
plate was established by MSC.Patra
nIN
astran
softw
缸
e.
Th
e stress distribution around
bolt-hole
contact
缸
ea
was investigated. During analyzing variation of stress distribution in each
row
of bolt hole , the changes of the
bolt-hole clearance and the roughness on the contact surface were mainly considered. It is found that bolt-hole
clearance
and
缸
ction
coe
伍
cent
have greater influences on stress distribution in the bolt
-hole
extruded
surface
,
but
these factors can not destroy the similarity of stress distribution in each
row
of bolts. In the process
of modeling
, the bolt wss defined as the flexible contact body. Considering the contact friction as well as elastic
deformation between the bolt and aluminum plate
, the results are more accurate and reliable than that of
previous analysis model that bolts were defined as the rigid body.
Key
words:
bolted connections; stress distribution; contact stress; finite element method
在航天、航空、交通等工程领域,螺栓连接是最常
用的机械连接方式。绝大重要部位都存在着螺栓连
接,而螺栓连接部分又往往是引起疲劳失效的关键区
域,以前人们对疲劳裂纹萌生的研究主要是注重腐蚀
与磨损的作用[叫,后来则逐渐注重接触区的应力分布
问题问。
Tsybane~
喝过二阶多项式回归模型计算出接
触应力过高会加剧微动疲劳对寿命的影响。研究螺栓
连接接触区域的应力分布情况对预测接触区内外边
缘裂纹萌生位置、扩展情况以及结构寿命的估算有着
重要意义。螺栓孔接触区域的应力分布与受压面的性
质有很大关系,如挤压面的粗糙程度、螺栓孔的配合
形式都直接影响螺栓连接的强度和最终破坏形式
PIIL
Wangl
7l采用位移相关技术计算了沿裂纹前缘的应力强
度因子,数值结果表明随着间隙的减小,应力强度因
子也减小。
Chen[9]
认为摩擦力的存在降低了螺栓孔挤压面上
的应力集中程度。
随着计算机技术的发展,有限元法计算的效率和
精度大幅提高,在计算应力分布时的优势也越来越明
显。目前已有许多限元计算螺栓孔应力分布的文章发
表,有的采用了二维有限元方法,由于简化了边界条
件而导致求解精度降低[归];有的采用了三维有限元模
型,却将螺栓视为刚体,忽略了螺栓的弹塑性变形及
摩擦效应对载荷分布的影响[1巧,降低了结果的可靠性
和准确性。
本文综合考虑了以上方法的优缺点和其中所涉
收稿日期:
2010-11-15;
修回日期
:2011-02-28
基金项目:中国民航大学校级科研项目(
2011
kye03
)
作者简介:陈文俊
(198
6-),男,四川宜宾人,硕士研究生,中国民航大学航空工程学院
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