一种组合构件连接处带有外凸曲面的接触面结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种组合构件连接处带有外凸曲面的接触面结构，所述接触面由普通平面与基于三次样条曲线的外凸曲面构成，其外凸曲面由组合构件之一侧接触区域截面均匀分布的a、b、c、d、e、f六个坐标点连成的曲线扫掠而成，所述a、b、c、d、e、f六个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择所述六个坐标点的x向坐标作为设计变量，优化的数学模型为：求X＝(x1,x2......x6)T，使minf(X)＝ασ，其中，0≤xj，1≤j≤6，并求出最优解X*后而获得。与现有技术相比，本发明改善了组合构件接触区的受力状态，显著地降低了等效应力极值，避免了特高应力区的存在，使接触区的应力分布更趋于均匀，提高了组合结构的可靠性，进而提高了重载设备或成形模具的寿命。
【专利说明】一种组合构件连接处带有外凸曲面的接触面结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种组合构件连接处的接触面结构,特别涉及高应力组合构件连接处的接触面结构。
【背景技术】
[0002]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I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】
[0003]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。
[0004]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外凸曲面的接触面结构，其特征在于:组合构件I与组合构件2的接触区域由普通平面与基于三次样条曲线的外凸曲面构成。
[0005]本发明所述组合构件I 一侧接触区域为普通平面，所述组合构件2 —侧接触区域为基于三次样条曲线的外凸曲面。
[0006]本发明所述基于三次样条曲线的外凸曲面由所述组合构件2—侧接触区域截面均匀分布的a、b、C、d、e、f六个坐标点连成的曲线扫掠而成。
[0007]本发明所述a、b、C、d、e、f六个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择所述六个坐标点的X向坐标作为设计变量，设计变量有6个，优化的数学模型为:求X=U1, x2......x6)T,使minf (X) = a。，其中，0≤x，I ≤ j≤6,并求出最优解X*后而获得。
[0008]本发明设计的组合结构接触面形式为平面与基于三次样条曲线的外凸曲面的接触。当施加预紧力或工作载荷后，基于三次样条曲线的外凸曲面发生弹性变形或较小的塑性变形，曲面未与平面接触的部分逐渐向另一侧平面接近，曲面曲率半径逐渐变大，理想情况下则是曲面承载变形后接近为平面。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0010]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。
[0011]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。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是现有技术组合构件连接处接触面结构示意简图；
[0013]图2是现有技术组合构件承载后接触区域应力分布图；
[0014]图3是本发明组合构件连接处接触面结构示意简图；
[0015]图4是本发明组合构件承载后接触区域应力分布图。
[0016]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】
[0017]如图2所示，本发明组合构件I和组合构件2接触区域的接触面由平面与基于三次样条曲线的外凸曲面构成，即组合构件I 一侧接触区域为普通平面，组合构件2 —侧的接触区域为基于三次样条曲线的外凸曲面,该基于三次样条曲线的外凸曲面由该接触区域截面均匀分布的a、b、C、d、e、f六个坐标点连成的曲线扫掠而成。当施加预紧力或承载之后，曲面发生弹性变形或较小的塑性变形，曲面未与平面接触的部分逐渐向平面贴近，曲面的曲率半径逐渐变大，理想情况下则是基于三次样条曲线的形面变形后接近为平面。
[0018]基于三次样条曲线的外凸曲面接触形面采用序列二次规划法优化算法得到，采用组合构件I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
Ctn=O / O(I)
Omax7 ave
n
w 5>/⑶
[0019]其中，
【权利要求】
1.一种组合构件连接处带有外凸曲面的接触面结构，其特征在于:组合构件(I)与组合构件(2)的接触区域由普通平面与基于三次样条曲线的外凸曲面构成。
2.根据权利要求1所述的一种组合构件连接处带有外凸曲面的接触面结构，其特征在于:所述组合构件(I) 一侧接触区域为普通平面，所述组合构件(2) —侧接触区域为基于三次样条曲线的外凸曲面。
3.根据权利要求1或2所述的一种组合构件连接处带有外凸曲面的接触面结构，其特征在于:所述基于三次样条曲线的外凸曲面由所述组合构件(2) —侧接触区域截面均匀分布的a、b、C、d、e、f六个坐标点连成的曲线扫掠而成。
4.根据权利要求3所述的一种组合构件连接处的接触面结构，其特征在于:所述a、b、C、d、e、f六个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择所述六个坐标点的X向坐标作为设计变量,优化的数学模型为:求X= (x1； x2......χ6)τ,使minf⑴=α。，其中，O < Xj, I ( j ( 6，并求出最优解X*后而获得。
【文档编号】G06F17/50GK103455664SQ201310350176
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】赵石岩, 董晓传, 金淼, 樊艳巧 申请人:燕山大学