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楔环连接结构的应力分析和强度评判

黄鹏  
【摘要】:楔环连接可使连接壳体的外表面光顺,且具有结构紧凑、附加质量轻和便于拆装的优点。因此,楔环连接已经在鱼雷、导弹的壳体连接中得到广泛应用。楔环连接结构为摩擦一接触多体组合连接结构,一个典型的楔环连接结构主要由上、下连接壳体和一对楔环带构成。 研究楔环连接结构的强度评判方法、应力解析解,对于其强度设计具有重要的意义。本文采用了理论分析、数值模拟和试验测试相结合的方法,研究局部屈服对楔环连接结构整体强度和刚度的影响规律,分析楔环连接结构的极限拉伸载荷、失效模式和强度评判准则,以及研究楔环连接结构壳体应力的解析解。 主要的研究成果包括了以下几个方面: (a) 对楔环连接结构进行拉伸载荷下的弹塑性有限元分析,分析表明当载荷增加时,楔环连接结构经历了从局部线屈服—环腔内表面屈服—环腔内外表面均屈服的过程,且局部屈服不会对结构整体强度和刚度产生影响。 (b) 基于楔环连接结构弹塑性分析得到特征部位的载荷—位移曲线和载荷—应变曲线,分别利用“两倍弹性斜率法”和“双切线相交法”给出了楔环连接结构的极限拉伸载荷。 (c) 定义了楔环连接结构的危险截面,基于Kroenke法给出了危险截面的薄膜应力、弯曲应力和应力的非线性部分,并采用应力分类评判法对楔环连接结构进行强度评判。 (d) 比较了单点应力强度评判法、结构极限载荷设计法和应力分类评判法,结果表明基于结构极限载荷设计法得到的许用拉伸载荷最大,基于单点应力强度评判法得到的许用拉伸载荷最小。 (e) 建立了拉伸载荷下的楔环连接结构力学模型,根据楔环连接结构壳体的几何特征,将外壳看作由环—短圆柱壳—环—长圆柱壳组成。采用力法推导了楔环连接壳体的截面内力求解方程。探讨当环腔段壳体长度大于一定值时,可采用简化解给出壳体危险部位的应力。文中给出了楔环连接结构外壳的具体算例,通过算例验证了解析方法的正确性,并通过解析解研究了几何尺寸变化对外壳体应力的影响规律,最后讨论了简化解的适用范围。


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