轴肩过渡曲线设计及应力集中分析.pdf

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1、第39卷第5期2017年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNoLOGYV01．39．No．5May，2017轴肩过渡曲线设计及应力集中分析屠星星，徐勇杰(上海船舶研究设计院，上海201203)摘要：分析单曲率圆弧、双曲率圆弧、三曲率圆弧、椭圆和流线形等多种轴肩过渡曲线的设计方法，利用有限元软件Abaqus对这些曲线进行建模分析。对于单曲率圆弧，应力集中系数和应力集中角度随着过渡半径的增大而减小，但是应力集中系数减小的效果并不十分明显。流线形过渡曲线基本消除了应力集中，其应力集中系数仅为1

2、．004。双曲率圆弧、三曲率圆弧和椭圆过渡曲线也都将应力集中系数降低到1．05以下，适于实际工程应用。关键词：轴肩；过渡曲线；过渡半径；应力集中系数中图分类号：U664．121文献标识码：A文章编号：1672—7619(2017)05—0038—04doi：10．3404／j．issn．1672—7619．2017．05．008DesignandstressconcentrationanalysisofshouldertransitioncurvesTUXing—xing，XUYongjie(Shangh

3、aiMerchantShipDesignandResearchInstitute，Shanghai201203，China)Abstract：Thedesignmethodsofsingle-radius，two·radii，three—radii，ellipticalandstreamlineshouldertransitioncurvesareanalyzedandtheyaremodeledbyAbaqus．Forsingle—radiusshouldertransitioncurve，bothth

4、estressconcentra-fionfactorandthestressconcentrationangledecreaseasthetransitionradiusincreases，butthedecreaseofthestressconcen-trationfactorisnotsignificant．Thestressconcentrationfactorofthestreamlineshouldertransitioncurveisreducedto1．004．Two-radii，thre

5、e-radiiandellipticalshouldertransitioncurvesallmakethestressconcentrationfactorbelow1．05andtheyaresuitableforengineeringapplication．Keywords：shoulder；transitioncurve；transitionradius；stressconcentrationfactor0引言应力集中是导致轴系断裂破坏的主要因素之一。船舶轴系应力集中主要发生在法兰与轴之间的过渡区

6、域。轴肩即该过渡部位，良好的轴肩过渡曲线设计有助于缓解应力集中。目前普遍采用一个1／4圆弧作为轴肩过渡曲线，通常情况下此种设计已能够满足轴系安全平稳运行的要求。但对于某些特殊情况，比如阶梯轴之间轴径差过大、轴材料强度不足等，单曲率圆弧过渡曲线已经不能将应力集中系数减小到足够小的程度，此时不得不采用一些特殊形式的过渡曲线⋯。近年来，在对38000t绿色海豚系列散货船的研发设计过程中，为确保轴系安全运转，研究了多种轴肩过渡曲线。本文主要分析多种轴肩过渡曲线的设计方法，以有限元软件Abaqus为工具建立轴肩模型

7、，研究这些曲线下轴肩应力集中的情况。除了本文涉及到的5种形式，其他形式的轴肩过渡曲线还有3次样条、B样条和圆弧蜕变等多种复杂曲线，由于这些曲线形状加工难度高，不利于工程上的应用，故本文不做研究。另外，轴肩应力集中系数的大小与加载方式有关，拉压和扭转2种情况下的应力集中系数是有不小差别的。轴系设计的关键参数一一扭振合成许用应力只与扭转应力集中系数相关，故本文只研究不同轴肩过渡曲线下的扭转应力‘21。1轴肩过渡曲线设计本文分析单曲率圆弧、双曲率圆弧、三曲率圆弧、椭圆和流线形等5种轴肩过渡曲线的设计方法。1．1

8、单曲率圆弧过渡曲线单曲率圆弧是目前最常用的轴肩过渡瞌线，如图1所示。其中，D，h，d，，_，L，e分别为法兰直径、法收稿日期：2016—05—11；修回日期：2016—07—29作者简介：屠星星(1990一)，男，硕士，助理工程师，主要从事轮机设计工作。第39卷屠星星，等：轴肩过渡曲线设计及应力集中分析图l单曲率圆弧轴肩过渡曲线Fig．1Single-radiusshouldertransitioncurve兰厚度、轴径、轴肩