连接件孔边应力集中的研究进展

　　引　　言

　　连接件的存在使得结构的连接功能和传力功能得以实现,但是这也带来了应力集中的问题。能否准确得到的连接件孔边应力集中系数,直接关系着连接件 的疲劳寿命估算精确程度。连接件的应力集中研究主要是分为二维平面问题和三维问题两部分。本文对这两部分内容研究现状进行了总结

　　1　连接件的二维问题研究进展

　　目前针对连接件的孔边应力分析主要有试验法、解析法和有限元法。

　　定义平面假设下孔的应力集中系数:

　　其中σmax为连接件孔边的最大应力,Pdc为钉传载荷,D为孔的直径,t为板的厚度。

　　1.1　试验法

　　常见的试验法主要有光弹性法和光干涉法。

　　光弹性法是一种应用光学原理对构件进行应力分析的实验应力分析方法。它用光弹性材料按一定的比例制成与实物相似的模型,在载荷的作用下形成光学 各向异性体,当用偏振光照射时,模型上呈现出与应力相关联的条纹图,根据条纹图可以直接确定模型各点处的主应力差和主应力方向,应用弹性力学的基本方程并 进行数学分析就可以确定模型表面和内部任意一点的应力状态。

　　光干涉法又包含有全息干涉法和激光散斑干涉法。全息干涉法是利用全息照相术进行干涉计量的光测方法,可以分析光弹性模型中的应力。激光散斑干涉法可与激光全息干涉法配合,较方便的得出物体表面的三个方向的位移。

　　西田正孝等人[1]假设无载荷时销钉不使孔壁受到压力,而且没有间隙,不考虑接触体间的摩擦力,系统地进行了光弹性试验和光干涉试验,获得了半无限板的孔边切向应力和挤压应力的分布情况。并给出了孔距边界的距离对孔边应力的影响。

　　弗罗奇特和希尔[2]通过光弹性试验给出了销钉连接孔边应力随板宽的变化。

　　科诺瓦洛夫[3]根据光弹性试验结果,给出了过盈配合的挤压应力集中系数:

　　杜纳叶夫[4]通过光学活性材料模型的“冻结”试验给出了圆柱形和锥形螺栓头内拉紧连接件引起的应力集中,并分析了连接件端头的高度对应力集中的影响。

　　1.2　解析法

　　箫卡列斯[2]解出了相对板宽(板宽/直径)为0.2-0.5的销钉连接时孔边的应力分布情况,文献[5]给出了挤压应力集中系数的拟合公式:

　　式中λ=D/W,D为孔的直径,W为板的宽度。

　　Ho等[6]假设载荷不是集中加在钉的中心点,而是按均匀和或非均匀的分布载荷作用到钉的截面上,给出了一个无限大板,不同材料的钉和板孔边应力分布的解析解。分析了随着载荷作用情况、摩擦系数和连接件的剪切模量变化时切向应力和法向应力的变化趋势。