[發明專利]一種組合構件連接處帶有外凸曲面的接觸面結構

無效

• 申請號: 201310350176.5
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN103455664A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 趙石巖;董曉傳;金淼;樊艷巧
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及一種組合構件連接處的接觸面結構，特別涉及高應力組合構件連接處的接觸面結構。

背景技術

組合承載結構是重型設備或成形模具常用的結構形式件之一，通常依靠拉桿、螺栓等固件將組合構件1和組合構件2預緊成為一個整體結構，如圖1所示。預緊的組合結構一般除了承受較大的預緊力之外，同時還承受著較大的工作載荷。目前的組合構件連接處都是平面與平面之間的接觸，預緊力和工作載荷在這種組合結構接觸面間產生數值較大且不均勻的接觸壓力，導致組合結構承載后變形不協調，在接觸面上產生應力集中區，形成局部高應力區。應力集中會導致組合構件局部產生塑性變形，并且易于產生疲勞裂紋，造成組合構件的損壞，進而影響重型設備或成形模具的使用壽命。

發明內容

針對上述存在問題，本發明的目的在于提供一種能有效降低組合結構接觸區的局部高應力，進而使接觸區的應力分布均勻的接觸面結構。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種組合構件連接處帶有外凸曲面的接觸面結構，其特征在于：組合構件1與組合構件2的接觸區域由普通平面與基于三次樣條曲線的外凸曲面構成。

本發明所述組合構件1一側接觸區域為普通平面，所述組合構件2一側接觸區域為基于三次樣條曲線的外凸曲面。

本發明所述基于三次樣條曲線的外凸曲面由所述組合構件2一側接觸區域截面均勻分布的a、b、c、d、e、f六個坐標點連成的曲線掃掠而成。

本發明所述a、b、c、d、e、f六個坐標點的位置參數系采用應力集中系數作為目標函數，選擇所述六個坐標點的x向坐標作為設計變量，設計變量有6個，優化的數學模型為：求X=(x₁,x₂......x₆)^T，使minf(X)=α_σ，其中，0≤x_j，1≤j≤6，并求出最優解X^*后而獲得。

本發明設計的組合結構接觸面形式為平面與基于三次樣條曲線的外凸曲面的接觸。當施加預緊力或工作載荷后，基于三次樣條曲線的外凸曲面發生彈性變形或較小的塑性變形，曲面未與平面接觸的部分逐漸向另一側平面接近，曲面曲率半徑逐漸變大，理想情況下則是曲面承載變形后接近為平面。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、改善了組合結構接觸區的受力狀態，大幅降低接觸區域的等效應力極值，使組合結構接觸區的應力分布趨于均勻。

2、避免接觸區因發生局部的塑性變形導致組合結構損壞，提高了組合結構的可靠性，從而提高了重載設備或成形模具的使用壽命。

附圖說明

圖1是現有技術組合構件連接處接觸面結構示意簡圖；

圖2是現有技術組合構件承載后接觸區域應力分布圖；

圖3是本發明組合構件連接處接觸面結構示意簡圖；

圖4是本發明組合構件承載后接觸區域應力分布圖。

圖中：1-組合構件，2-組合構件，3-現有技術組合構件承載后接觸區域節點應力分布趨勢曲線，4-現有技術組合構件承載后接觸區域平均應力分布曲線，5-本發明組合構件承載后接觸區域節點應力分布趨勢曲線，6-本發明組合構件承載后接觸區域平均應力分布曲線。

具體實施方式

如圖2所示，本發明組合構件1和組合構件2接觸區域的接觸面由平面與基于三次樣條曲線的外凸曲面構成，即組合構件1一側接觸區域為普通平面，組合構件2一側的接觸區域為基于三次樣條曲線的外凸曲面，該基于三次樣條曲線的外凸曲面由該接觸區域截面均勻分布的a、b、c、d、e、f六個坐標點連成的曲線掃掠而成。當施加預緊力或承載之后，曲面發生彈性變形或較小的塑性變形，曲面未與平面接觸的部分逐漸向平面貼近，曲面的曲率半徑逐漸變大，理想情況下則是基于三次樣條曲線的形面變形后接近為平面。

基于三次樣條曲線的外凸曲面接觸形面采用序列二次規劃法優化算法得到，采用組合構件1與組合構件2接觸區域的應力集中系數作為目標函數，即:min????????α_σ=σ_max/σ_ave????????????????(1)