CN102966839A - 一种避免在刚度突变处产生应力集中的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提出一种避免在刚度突变处产生应力集中的方法，具体有以下两种：1、在部件中结构刚度存在突变的位置设置一个圆柱凸台，并通过圆柱凸台将所述结构刚度存在突变的位置与加强筋相连。2、在部件中结构刚度存在突变的位置设置一个圆球，并通过圆球将所述结构刚度存在突变的位置与加强筋相连。本发明不仅可以在提高结构薄弱处的刚度的同时，避免在结构薄弱处产生较大的应力集中，提高结构的耐久性能；而且还可以实现载荷相互抵消平衡，从而使传递到应力集中部分的载荷或内应力得到很大程度的降低，同时增大应力集中部分的截面积，从而满足结构的使用性能，可以适用于铸造结构件、深冲压结构件、注塑结构件方面的结构设计。
Description
技术领域
本发明属于结构设计技术领域，具体的说，本发明涉及一种可以增加结构局部刚度及耐久性，避免在刚度突变处产生应力集中的方法。
背景技术
在汽车结构设计中，一般情况下，大孔或圆弧凹槽周围的结构存在刚度突变时，容易在刚度突变的位置处产生应力集中，从而在结构相对薄弱的孔或圆弧凹槽的拐角处发生开裂。为了提高结构的局部刚度，设计者通常会在结构薄弱的孔或圆弧凹槽拐角位置处设计加强筋，从而使结构刚度平缓地过渡，但这样会由于结构及加工工艺的影响，容易在加强筋与孔圆弧或圆弧凹槽结构拐角的交汇处产生应力集中，对于结构的耐久性能有很大的影响，严重情况下，会造成结构断裂。
下边结合附图1、2，对以上情况进行详细说明。如图1所示，大孔13周围存在结构刚度突变的结构12，为了提高结构的局部刚度，在结构12处布置加强筋11。然而，在在结构12处会形成较大的应力集中，影响结构的使用寿命。其次，如图2所示，加强筋21与凹槽22交汇，凹槽22的周围存在结构刚度突变的部分23，此结构存在的问题是容易造成加强筋根部产生加工缺陷及应力集中现象，从而使加强筋与凹槽22圆弧交汇处发生开裂。
发明内容
本发明的目的是提出一种避免在刚度突变处产生应力集中的方法，在不增加生产成本的同时，提高结构的局部刚度，同时避免产生较大的应力集中，从而满足结构使用性及加工性能的要求。
本发明的避免在刚度突变处产生应力集中的方法有以下两种：
1、在部件中结构刚度存在突变的位置设置一个圆柱凸台，并通过圆柱凸台将所述结构刚度存在突变的位置与加强筋相连。
进一步地，所述加强筋有多条，所述加强筋朝向圆柱凸台的中轴线。
2、在部件中结构刚度存在突变的位置设置一个圆球，并通过圆球将所述结构刚度存在突变的位置与加强筋相连。
进一步地，所述加强筋有多条，所述加强筋朝向圆球的球心。
具体来说，上述结构刚度存在突变的位置为所述部件中孔或圆弧凹槽的拐角处。
本发明的原理如下：将圆柱凸台或圆球布置在结构相对薄弱的孔或圆弧凹槽的拐角处（即结构刚度存在突变的位置），并利用多个加强筋交汇布置在圆柱凸台或圆球的周围，从而使圆柱凸台或圆球位于应力集中部分的中间位置处，以便孔或圆弧凹槽的拐角处所承受的载荷或内应力通过圆柱凸台或圆球的圆弧面扩散，即应力集中部分形成不再仅位于孔或圆弧凹槽的拐角处，而是位于圆柱凸台或圆球的圆弧面，以及孔或凹槽的圆弧处，并且大部分位于圆柱凸台或圆球的圆弧面，进而实现结构所受到的应力或内应力通过圆柱凸台或圆球及周围结构的圆弧特征扩散，增大了应力集中部分的截面积；此外部件其它位置施加给加强筋部件的载荷或内应力会传递至圆柱凸台或圆球的表面，由于载荷在圆柱凸台或圆球的内部传递方向相反，可以实现载荷在圆柱凸台或圆球的内部相互抵消，因此能够进一步降低结构的应力集中现象，避免在应力集中部分发生开裂。
具体来说，如图3A所示，在未设置圆柱凸台或圆球，而直接将加强筋61与孔的拐角处62相连时，各个方向的应力会集中于孔的拐角处62，致使该处应力集中，极易开裂。如图3B所示，而在孔的拐角处设置圆柱凸台63，从而将加强筋61通过圆柱凸台63与孔的拐角处62相连后，孔的拐角处62传来的应力会沿圆柱凸台63的圆弧面扩散，从而增大应力集中部分的截面积，而且加强筋61方向的应力会集中于圆柱凸台63处，并相互抵消一部分，从而减少了应力集中。
本发明的避免在刚度突变处产生应力集中的方法不仅可以在提高结构薄弱处的的刚度的同时，避免在结构薄弱处产生较大的应力集中，提高结构的耐久性能；而且还可以实现载荷相互抵消平衡，从而使传递到应力集中部分的载荷或内应力得到很大程度的降低，同时增大应力集中部分的截面积，从而满足结构的使用性能，可以适用于铸造结构件、深冲压结构件、注塑结构件方面的结构设计。
附图说明
图1、图2是在结构刚度突变处布置加强筋而产生应力集中的结构示意图。
图3A、3B是本发明的原理示意图。
图4是实施例1中本发明的方法应用于汽车某铸压铝合金结构件的示意图。
图5是图4中A处的载荷及内应力的传递示意图。
图6是图4中B处的载荷及内应力的传递示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
如图4所示，在汽车某铸压铝合金结构件中，结构刚度存在突变的位置为图4中孔的拐角处A及圆弧凹槽的拐角处B。孔的拐角处A及圆弧凹槽的拐角处B在承受Z向弯曲或扭转力矩的作用时，会产生严重的应力集中，由于结构特征变化较大，加工过程中会产生的一定的内应力，不利于结构的耐久性能。
如图5所示，在拐角处A设置一个圆柱凸台41，并通过圆柱凸台41将结构刚度存在突变的大孔圆弧42与加强筋43相连，其中加强筋43有多条，且加强筋43朝向圆柱凸台41的中轴线。显而易见，上述圆柱凸台41和大孔圆弧拐角42可以扩大应力集中部分的截面积，因此增大结构承受载荷的截面积；此外，在多个加强筋43交汇处及大孔圆弧拐角42处的中间位置布置圆柱凸台41，使得大孔圆弧拐角42应力的绝大部分由圆柱凸台41承担，可以使大孔圆弧拐角42的应力峰值得到很大程度的降低，有效保证孔的拐角处A得到保护而不开裂。
如图6所示，在拐角处B设置一个圆柱凸台52，并通过圆柱凸台52将结构刚度存在突变的圆弧凹槽的拐角51与加强筋53相连，其中加强筋53有多条，且加强筋53朝向圆柱凸台52的中轴线。显而易见，上述圆柱凸台52和圆弧凹槽的拐角51可以扩大应力集中部分的截面积，因此增大结构承受载荷的截面积；此外，在多个加强筋53交汇处及圆弧凹槽的拐角51处的中间位置布置圆柱凸台52，使得圆弧凹槽的拐角51应力的绝大部分由圆柱凸台52承担，可以使大孔圆弧拐角52的应力峰值得到很大程度的降低，有效保证圆弧凹槽的拐角处B得到保护而不开裂。
本实施例通过在大孔圆弧拐角处及圆弧凹槽的拐角处增加加强筋和圆柱凸台，提高了结构的局部刚度，增大应力集中部分的截面积，从而保证在结构薄弱处不发生开裂。
Claims (6)
1.一种避免在刚度突变处产生应力集中的方法，其特征在于在部件中结构刚度存在突变的位置设置一个圆柱凸台，并通过圆柱凸台将所述结构刚度存在突变的位置与加强筋相连。
2.根据权利要求1所述的避免在刚度突变处产生应力集中的方法，其特征在于所述加强筋有多条，所述加强筋朝向圆柱凸台的中轴线。
3.根据权利要求1或2所述的避免在刚度突变处产生应力集中的方法，其特征在于所述结构刚度存在突变的位置为所述部件中孔或圆弧凹槽的拐角处。
4.一种避免在刚度突变处产生应力集中的方法，其特征在于在部件中结构刚度存在突变的位置设置一个圆球，并通过圆球将所述结构刚度存在突变的位置与加强筋相连。
5.根据权利要求4所述的避免在刚度突变处产生应力集中的方法，其特征在于所述加强筋有多条，所述加强筋朝向圆球的球心。
6.根据权利要求4或5所述的避免在刚度突变处产生应力集中的方法，其特征在于所述结构刚度存在突变的位置为所述部件中孔或圆弧凹槽的拐角处。
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