[发明专利]一种组合构件连接处带有圆弧形面的接触面结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合结构连接处的接触形面，特别涉及预应力组合构件连接处的接触面结构。

背景技术

组合承载结构是重型设备或成形模具常用的结构形式件之一，通常依靠拉杆、螺栓等固件将组合构件1和组合构件2预紧成为一个整体结构，如图1所示。预紧的组合结构一般除了承受较大的预紧力之外，同时还承受着较大的工作载荷。目前的组合构件连接处都是平面与平面之间的接触，预紧力和工作载荷在这种组合结构接触面间产生数值较大且不均匀的接触压力，导致组合结构承载后变形不协调，在接触面上产生应力集中区，形成局部高应力区。应力集中会导致组合构件局部产生塑性变形，并且易于产生疲劳裂纹，造成组合构件的损坏，进而影响重型设备或成形模具的使用寿命。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种能有效降低组合结构接触区的局部高应力，进而使接触区的应力分布均匀的接触面结构。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种组合构件连接处带有圆弧形面的接触面结构，其特征在于：组合构件1与组合构件2的接触区域由普通平面与优化的圆弧形面构成。

本发明所述组合构件1一侧接触区域为普通平面，所述组合构件2一侧接触区域为圆弧形面。

本发明所述圆弧形面由所述组合构件2一侧接触区域截面圆弧两边缘坐标点a、c和圆弧顶点坐标点b连成的圆弧线扫掠而成。

本发明所述a、b、c三个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择所述三个坐标点的x向坐标作为设计变量，设计变量有3个，优化的数学模型为：求X=(x₁,x₂,x₃)^T，使minf(X)=α_σ，其中，0≤x_j，1≤j≤3，并求出最优解X*后而获得。

本发明设计的接触面形式为平面与圆弧形面的接触，即一侧接触面为普通平面，而另一侧为优化的圆弧形面。当施加预紧力或承载之后，圆弧形面发生弹性变形或较小的塑性变形，圆弧段未与平面接触的部分逐渐向与之接触的平面贴近，圆弧曲率半径逐渐变大，理想情况下则是圆弧形面通过变形之后接近为平面。

本发明的圆弧形面采用序列二次规划法优化算法得到，这种算法的基本思路是，将原约束问题定义为Lagrange函数，然后利用它在每个迭代点上的泰勒二次展开式构造一个带不等式约束的二次规划子问题，并用数值分析方法求得其数值解作为该次迭代的搜索方向，用不精确一维搜索产生新的迭代点，用这样的一系列迭代点来逼近原问题的解。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、改善了组合结构接触区的受力状态，大幅降低接触区域的等效应力极值，使组合结构接触区的应力分布趋于均匀。

2、避免接触区因发生局部的塑性变形导致组合结构损坏，提高了组合结构的可靠性，从而提高了重载设备或成形模具的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术组合构件连接处接触面结构示意简图；

图2是本发明组合构件连接处接触面结构示意简图；

图3是现有技术组合构件承载后接触区域应力分布图；

图4是本发明组合构件承载后接触区域应力分布图。

图中：1-组合构件，2-组合构件，3-现有技术组合构件承载后接触区域节点应力分布趋势曲线，4-现有技术组合构件承载后接触区域平均应力分布曲线，5-本发明组合构件承载后接触区域节点应力分布趋势曲线，6-本发明组合构件承载后接触区域平均应力分布曲线。

具体实施方式

如图2所示，本发明组合构件1和组合构件2接触区域的接触面由平面与圆弧形面构成，即组合构件1一侧接触区域为普通平面，组合构件2一侧的接触区域为圆弧形面，该圆弧形面由该接触区域截面圆弧两边缘坐标点a、c和圆弧顶点坐标点b连成的圆弧线扫掠而成。。

圆弧形面采用序列二次规划法优化算法得到，采用组合构件1与组合构件2接触区域的应力集中系数作为目标函数，即:min        α_σ=σ_max/σ_ave         (1)