双剪多排螺栓连接螺栓孔接触域应力分布研究

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1、第29卷第5期2011年10月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．29No．5October2011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300300)摘要：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，对螺栓一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

2、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。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—04StressDistributionAroundBoit-HoleContactAreasinMultipleBolt-JointedPlatesXUJian-xin，CHEN肌凡jun，LIDing-he，JIABao-hui(CollegeofAeronauticalEng

3、ineering，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Basedonthemethodofdealingwithcontactproblem，afiniteelementanalysismodelofmultiplebolt-jointedplatewasestablishedbyMSC．Patran／Nastransoftware．Thestressdistributionaroundbolt-holecontactareawasinvestigated．Duringanalyzingvariationofstressdistributio

4、nineachrowofbolthole，thechangesofthebolt-holeclearanceandtheroughnessonthecontactsurfaceweremainlyconsidered．Itisfoundthatbolt—holeclearanceandfrictioncoeflicenthavegreaterinfluencesOnstressdistributioninthebolt—holeextrudedsurface，butthesefactomCannotdestroythesimilarityofstressdistributi

5、onineachrOWofbolts．Intheprocessofmodeling，theboltWSSdefinedastheflexiblecontactbody．Consideringthecontactfrictionaswellaselasticdeformationbetweentheboltandaluminumplate，theresultsaremoreaccurateandreliablethanthatofpreviousanalysismodelthatboltsweredefinedastherigidbody．Keywords：boltedcon

6、nections；stressdistribution；contactstress；finiteelementmethod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【闯，后来则逐渐注重接触区的应力分布问题[3-03。Tsybanet嗵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

7、布与受压面的性质有很大关系，如挤压面的粗糙程度、螺栓孑L的配合形式都直接影响螺栓连接的强度和最终破坏形式17。111。wan一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【91认为摩擦力的存在降低了螺栓孑L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【121；有的采用了三维有限元