欢迎参与【如何减小小孔应力集中】模型建模

北鹰南飞

这是一个非常简单的模型，但也是我们做设计时经常会遇到的问题——小孔应力集中问题，模型如下图：


长1m,宽0.3m,厚0.0015m，钢板，E:2.01E11,u=0.29,现在的问题是,如何设计这块钢板，让小孔应力集中程度降低？

例如：我计算的应力情况


我将板上再加一个小孔，应力集中的水平就降低到如下情况了


但这绝不是最佳方案，你还能想到什么更好的方案呢？目标是尽量将小孔应力集中水平降低。

对于好的方案，会有大大奖励，而且欢迎好的、经验性总结（配方案及计算结果），会有技术奖励。

附件是我的模型，方便大家修改建模用：

期待您的参与！！！

****之所以没有用平面模型来做这个问题，是想给大家更大的设计空间，除了孔的形状，还有哪些设计可以达到目的呢？期待大家的创意！！！

****不考虑加工工艺与加工成本的问题。

****截至到2011.8.24 13：17 已经出现了好几种方案了，大家可以参考，但无须受其限制，就算是同类似的方案，如果你修改后，

     比已有的更好（应力水平更低）也算是成功的，同样有机会获得奖励，还等什么呢？让我们的思维和想像继续爆发吧！！！

zsq-w

我能不能把空的形状改成椭圆的？

iambadman

好像有专门的研究应力集中技术的文章~~

受拉板的小孔的集中系数是3~~~

北鹰南飞

回复 2# zsq-w
完全可以，呵呵~~~

北鹰南飞

回复 3# iambadman
有理论解，那是基于无限大板的，所以算出来的跟那个会有一定差别。

iambadman

回复 4# 北鹰南飞

好像根据集中系数3，和你的仿真感觉有些差别。

LZ你的非小孔区域的应力是多少？理论上应该是你的最大值（小孔处）的1/3的

北鹰南飞

回复 6# iambadman
你说的那种是双向拉伸吧，而且是平面问题，记忆中。这个是单向拉伸，壳单元，模型在上面，你也可以下载了算算看。

iambadman

我能不能把空的形状改成椭圆的？
zsq-w 发表于 2011-8-23 14:51

是不是在受拉的情况下，椭圆的短轴越短，应力集中越小，当椭圆趋近一个裂纹（裂纹方向和拉的方向一直）的时候，就完全没有应力集中了。

zsq-w

回复 8# iambadman

根据将军的应力云图可知椭圆长短轴的设置方向。
长短轴之比，我再研究下。

先做一个e=2的，最大Mises应力133.6MPa。







inp文件

iambadman

回复  iambadman

根据将军的应力云图可知椭圆长短轴的设置方向。
长短轴之比，我再研究下。

先做一 ...
zsq-w 发表于 2011-8-23 15:05

符合预期，因为圆孔是155mpa，椭圆越扁越小，直到没有应力集中为止。

北鹰南飞

回复 6# iambadman
这个是用平面应力模型做的：

这个是平面应变的情形：

zsq-w

回复 9# zsq-w
原来模型即是e=1，   峰值应力160.4Mpa

刚才的模型是e=2，   峰值应力133.6MPa,；应力集中系数2.0
形状做了一个e=2.8，峰值应力116.8 MPa；应力集中系数1.75


说明长短轴之比影响较大。

北鹰南飞

回复 8# iambadman
还是要保留孔，其它的都可以随便发挥，呵呵。。

zsq-w

回复 12# zsq-w

我尝试换一个思路，把圆孔变成两端彻底倒角的矩形框。不过效果也还可以，峰值应力140MPa。

seawideyp

机械设计手册上提过这个问题
长轴与正应力方向一致的椭圆孔，其应力集中系数最小

北鹰南飞

回复 15# seawideyp
除了这些，还能想到其它方法吗？感谢！

seawideyp

回复 16# 北鹰南飞
方孔四个角的过度圆弧不能太小
或是开卸载槽沟槽降低峰值应力，但我们一般都是轴类零件开槽

北鹰南飞

回复 17# seawideyp
强烈要求给个算例大家见识见识

zsq-w

方孔四个角的过度圆弧不能太小
或是开卸载槽沟槽降低峰值应力，但我们一般都是轴类零件开 ...
seawideyp 发表于 2011-8-23 15:55

是啊，yp给做一个卸载槽的例子看看。 期待ing....

guojunhang

回复 7# 北鹰南飞
不是双向拉伸。这个圆孔应力集中系数为3就是单拉这个情况。

ps:
《弹性力学》里，为证明这个系数等于3，用到了双拉和拉压的组合。就是
单拉=双拉和拉压的组合

断裂力学和其他书上讲到 应力集中系数的计算:
Kt = 1+sqrt(2*a/rou)
rou为曲率半径。
也许这个公式更能反映趋势。