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《双层槽钢结构铆钉传力分析与优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、《广西机械》2002年第2期双层槽钢结构铆钉传力分析与优化1222沈光烈,陈旭农,李江柳,闫剑涛(11广西工学院,广西柳州545006;21柳州五菱汽车有限责任公司,广西柳州545007)摘要:在研究铆钉连接传力特征的基础上,讨论了用铆钉连接的双层槽钢梁的设计问题,文中给出的结论,既有理论的进步,又对实际设计工作有具体指导意义。关键词:汽车车架;铆钉连接;有限元法;双层槽钢中图分类号:U463132文献标识码:A文章编号:1004-2148(2002)02-0023-05后,通过铆钉将弯矩传递给内层槽钢。用低刚度的前言铆钉,使大刚度的内层槽钢横截面产生符合平面假设的变形,理论和实际上都有很大的
2、差距。近年来,在国内外多种中、重型汽车上应用了双为了研讨铆钉传力的特征,本文首先设计了长层槽钢车架纵梁。但由于对用铆钉连接的双层槽钢度为500mm的悬臂梁,在自由端通过铆钉传力。整的传力特征认识不足,忽略了铆钉连接的影响,而将双层槽钢看成是整体截面用梁单元或壳单元进行计个结构用壳单元离散,在外层槽钢与铆钉之间建立算,导致出现了计算应力比实际应力偏低的现象,使起刚性联系,给定一个强迫转角位移,进行计算。图一些车架出现早期断裂现象和车架材料用量过大现1给出Mises应力三维云图,从图中可看出,传力路象,提高了生产成本和汽车自重。线从铆钉开始,向上下翼板和腹板的交界棱线发展,本研究指出,用铆钉连接的
3、双层槽钢车架,内层高应力区仅占翼板的很小棱线发展,高应力区仅占槽钢受力参与程度不足,不符合梁理论中梁横截面翼板的很小部分,且离铆钉越远越小,应力分布完全平面变形的假设。提出内层槽钢的应变能与结构整不符合平面假设。为了更进一步从数量上分析,计算体总应变能的比例作为定量指标来评价结构中部分了悬臂梁在两种情况下的应变能密度。①梁自由端材料的参与程度。应用该项指标作为优化的目标函横截面刚性的转动1°强迫位移。②梁自由端仅通过数,对此类结构进行的设计可以较好地确定铆钉的两个铆钉给定1°强迫位移。布局与间距,并使强度与刚度指标有明显的改进。本研究提出的原则和方法有理论上的进步,对此类结构设计有实际的指导意
4、义。1铆钉连接传力特征的分析材料力学中梁的理论以及有限元法的空间梁单元理论都是建立在梁弯曲时横截面保持平面这一假设的基础之上。该假设称纳维什(Navier)假设。L·纳维什(LouisNavier1785～1863)用这个假设得出了最初完善的梁的应力理论,为以后力学的进步打图1铆钉传力路径图下了基础。但实际应用中,双层槽钢梁外层受力变形图2、图3给出了二种情况下的应变能密度沿作者简介:沈光烈(1942-),男,现为广西工学院教授、柳州五菱有限责任公司特聘专家;陈旭农、李江柳、闫剑涛均为柳州五菱汽车有限责任公司工程师,现在柳州五菱汽车有限责任公司技术中心从事CAE有限元分析工作。收稿日期:200
5、2-02-01修订日期:2002-04-1223GuangxiMachineryNo12,2002梁轴线分布的曲线图。从图2可看出,当自由端截面看,均不能很好地解决双层槽钢用铆钉连接时的设按平面假设整体转动时,沿整个轴线长度上,应变能计计算问题。为了探讨不同计算模型对计算结果的密度量等值分布,说明整个梁呈理想的纯弯曲状态。影响,给出合理的铆钉连接设计方案,对图4结构以从图3可看出,在铆钉所在的截面,因应力集中形成不同的计算模型进行计算。了一个应变能密度峰值,而沿梁轴线,离铆钉距离越远则应变能密度越小,对应同一截面,应变能密度在通过铆钉传力时,明显低下,与自由端截面整体转动相比仅为其30%～50
6、%。说明通过铆钉连接时,传力程度不足,不符合梁截面平面变形的假设。图4双层槽钢铆钉连接受力示意图211有限元模型的设计1)不考虑铆钉因素,将双层槽钢看成整体结构,采用体单元有限元模型进行计算。2)考虑铆钉的作图2梁自由端横截面在刚性的转动1°用,将结构离散成双层壳单元,内、外层之间通过铆强迫位移,应变能密度沿梁轴线的分布规律钉相连,分别在腹板上或翼板上按100mm、200mm、400mm、500mm、800mm间距布置铆钉。在本次研究中,作者采用了MSCöNASTRAN及其前后处理软件MSCöPATRAN作为分析工具。212计算结果分析利用MSCöNASTRAN软件计算出各种情况下的位移与应力
7、。21211位移结果分析不考虑铆钉因素,对结构采用体单元有限元模型计算出来的腹板下沿区域在Y方向的最大位移图3梁自由端仅通过两个铆钉给定1°强迫为1187mm。位移,应变能密度沿梁轴线的分布规律图考虑铆钉的作用,根据双层壳单元计算则情况2双层槽钢铆钉连接合理布局的研究要复杂得多。从图5中可以看出,当采用铆钉连接时,铆钉的间距与铆钉的位置都影响梁的刚度。合理如上所述,铆钉连接时,内层槽钢不能充分参与
