基于光弹实验的销轴连接有限元分析方法研究

发布时间：2017-05-17 09:23

  本文关键词：基于光弹实验的销轴连接有限元分析方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代钢结构中,销轴连接作为一种重要的连接形式广泛应用于起重机及其它各类起重设备中,其主要特点是传力明确、构造简单。典型的销轴连接受力状态为销轴的多面剪切和孔壁的集中挤压,其局部结构和内部应力状态十分复杂,目前关于销轴连接的计算方法计算精度不足,设计过程中通常选用较大的强度储备来弥补,造成一定的浪费。因此,深入研究销轴连接的载荷作用机理、应力分布和设计方法,对于指导工程设计和促进结构轻量化具有重要意义。 本文以典型的履带起重机变幅拉板的销轴连接为例,基于相似理论,采用变态模型光弹实验和结构有限元计算相结合的方法,分析销轴连接受力特性,研究销孔拉板的应力状态。在研究过程中,首先依据拉板的几何特征和光弹实验条件制作变态光弹实验试件,设计并完成光弹实验；其次结合数字光弹性软件Digital Photoelasticity和数据处理软件Origin得到挤压应力实验结果；然后根据相似理论相关知识,推导销轴连接的变态试验相似率,获得工程原型的挤压应力大小及分布；接着以结果为导向,确定与相似理论结果吻合度最高的ANSYS接触模块的实常数设置；最后根据有限元结果验证手册中挤压应力计算公式。 光弹实验和有限元分析均证明,拉板上的最大挤压应力位置不在载荷线上,而在对称轴两侧；ρ=(P/h,L,μ)是线弹性平面应力问题的相似判据,即线弹性范围内的平面应力与材料的弹性模量无关；摩擦系数0.1、许用穿透0.1、罚刚度0.35是工程原型ANSYS接触分析的准确实常数设置,其中罚刚度的范围可扩展为0.3-0.4,与光弹实验和相似理论结果吻合度较好,满足应力大小和分布的双标准评定条件；机械设计手册的挤压应力计算公式结果与有限元分析结果基本一致,偏差在3.5%左右。 本文基于对销孔拉板的变态模型光弹实验结果,推导了销轴连接的变态实验相似率,提出了销轴连接有限元算法的合理实常数设置,其结果可以作为销轴设计和校核的爹考。
【关键词】：销轴连接 应力状态 数字光弹实验 相似理论 ANSYS分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH131.6;TH213.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 销轴连接概述9-10
• 1.2 问题的提出10-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 课题研究的内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 销轴连接常用算法16-25
• 2.1 Hertz接触理论17-18
• 2.2 曲梁理论18-22
• 2.2.1 危险截面内力计算18-20
• 2.2.2 危险截面应力公式20-22
• 2.3 简化算法22-24
• 2.4 有限单元法24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 销轴连接的变态模型光弹实验25-46
• 3.1 光弹实验法简介25-28
• 3.1.1 光学偏振基本理论25-27
• 3.1.2 平面应力-光弹性定律27
• 3.1.3 干涉条纹的分析--等倾线与等差线27-28
• 3.2 数字光弹法28-32
• 3.2.1 相移法28-31
• 3.2.2 剪应力差法31-32
• 3.3 实验设计32-37
• 3.3.1 制备实验模型33-36
• 3.3.2 确定实验载荷36
• 3.3.3 实验步骤及过程36-37
• 3.4 图像处理与应力分析37-45
• 3.4.1 分析软件简介37-38
• 3.4.2 图像处理38-40
• 3.4.3 应力状态判断40-41
• 3.4.4 特征线上应力分布41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 销轴连接的变态实验相似律46-53
• 4.1 “相似”的概念46-47
• 4.2 相似理论47-49
• 4.2.1 第一定理--相似正定理47-48
• 4.2.2 第二定理--π定理或因次定理48
• 4.2.3 第三定理--相似逆定理48-49
• 4.3 相似准则分析方法49
• 4.4 销轴连接变态模型相似律的推导49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 销轴连接的有限元分析方法探究53-70
• 5.1 ANSYS软件及其理论介绍53-56
• 5.1.1 ANSYS软件介绍53-55
• 5.1.2 接触算法55-56
• 5.2 工程原型的ANSYS算法56-60
• 5.2.1 模型建立分析56-57
• 5.2.2 有限元几何模型建立57-59
• 5.2.3 边界条件及约束方程59-60
• 5.2.4 计算及后处理60
• 5.3 工程接触实常数设置探究60-68
• 5.3.1 接触实常数影响趋势60-65
• 5.3.2 工程实际接触选项设置65-68
• 5.4 挤压应力公式验证68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论与展望70-71
• 参考文献71-73
• 附录A 其它载荷工况下光弹实验结果曲线及数据汇总表73-79
• 致谢79-80

【参考文献】

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本文编号：373043