[发明专利]销耳应力计算方法及设计流程

说明书

本发明涉及销耳应力计算方法，销轴在结构设计上有许多应用，如机械工程上的连杆、桥梁上的销耳式斜拉索等；销轴连接的耳板、销轴属于接触结构，本身的局部应力复杂，销轴和销耳之间属于接触应力，销耳本身有开孔应力集中。本申请从整体出发，推导出统一的应力函数关系，并统一构造设计流程，推荐合理的构造参数，避免销轴连接出现常见的6种破坏形式，供相关行业制定自己的规范时参考。

技术领域

本发明涉及销耳应力的计算方法以及销耳的构造设计。

背景技术

销轴连接作为一种重要的连接方式在很多结构中经常采用，该部位应力复杂，通常情况下采用有限元法来模拟，由于构造不合理常出现如图1所示的6种破坏形式：孔边的净截面受拉破坏、板孔顶的撕裂破坏、板孔顶的剪切破坏、孔壁的挤压破坏、销轴的剪切破坏和销轴的弯曲破坏。

目前国内外相关规范对销耳的计算设计方法有平均应力法、弹性曲梁法、赫兹接触应力法、有限元法等，各种方法的计算流程和考虑的重点不一致，采用的材料强度、安全系数多样，构造型式也不同，鉴于此，有必要从整体出发，推导出销耳的应力函数，并通过函数关系拟定合理的构造参数，避免常见的破坏形式。

发明内容

本发明的目的是提供销耳应力计算方法和设计流程，通过所得到的函数关系拟定合理的构造参数，避免常见的破坏形式。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种销耳应力计算方法，考虑到耳板的厚度和平面尺寸相比较小，本申请利用平面应力分析方法来确定耳板的应力函数，

采用极坐标来求解，计算坐标系如图6所示：

一般情况下，为了方便连接，销轴直径小于耳板直径，对于两种直径接触单元，一般用赫兹公式来计算局部接触应力；在本文中采用接触系数K来统一，K值按照楔形体楔顶集中力的米歇尔公式来确定，

销轴的接触应力可以采用米歇尔公式来定义：

米歇尔公式，楔形体楔顶集中力作用下的径向应力，接触系数K＝α+sinα，有效范围在α内，销耳在接触点的径向应力与米歇尔公式大小相同，方向相反，

销耳承受x正方向拉力，所有的微元体主要位移是往x轴正方向，同时由于侧向收缩系数μ的影响，微元体横向往x轴收缩，在x轴上的微元体没有y方向的位移；

销耳为对称结构受对称荷载，σr、σθ的函数为正对称函数，τ函数为正对称函数，τrθ＝τθr为反对称函数，故对于对称轴y＝0，有τrθ＝τθr＝0；

考察接触应力的量纲系统为L^-1MT^-2，F的量纲系统为MT^-2，各应力分量只可能取的形式，N为量纲为1的数量；故应力函数形式为

Φ(r,θ)＝f(r)·cosθ      (1)

不计单元体力，应力函数满足调和方程：

展开得：

求解微分方程得：

对应力函数求偏导：

代入(1)、(4)到(5)、(6)、(7)式，化简得：

边界条件：