CN111797481B - 一种同时受拉受剪螺栓的强度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种同时受拉受剪螺栓的强度计算方法，该方法主要根据经验和统计数据，总结得出剪切系数K的计算公式
Figure DDA0002543186440000011
螺栓在同时受拉、受剪的情况下，破坏剪应力按公式τb≤Kσb计算，强度计算设计时螺栓中的拉应力与剪应力需同时满足σ≤0.65σb和τ≤τb的约束条件，从而准确的计算出螺栓的承载能力。本发明所述的同时受拉受剪螺栓的强度计算方法，能有效的提高螺栓的利用效率，更贴近工程实际，可有效减小结构保守设计所付出的重量代价。

Description

一种同时受拉受剪螺栓的强度计算方法
技术领域
本发明属于结构强度设计领域，具体为一种同时受拉受剪螺栓的强度计算方法。
背景技术
机械结构强度设计及计算中，螺栓受载复杂，如飞机大多数主承力结构均为螺栓连接，其中螺栓同时受拉受剪最为常见。对同时受拉受剪螺栓的强度计算，传统的方法是利用第四强度理论来完成。但是，采用第四强度理论进行计算步骤复杂、工程应用针对性较差。
如果能够基于多次螺栓强度试验及多个飞机型号螺栓强度设计应用和验证，根据相关经验与数据，综合分析数据，总结得出一种新的飞机螺栓同时受拉受剪的强度计算方法，则能更准确的计算出螺栓的承载能力与安全余量，该计算方法将更贴合工程实际应用，有效的提高螺栓的利用效率，减小结构保守设计所付出的重量代价。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足，本发明提供一种同时受拉受剪螺栓的强度计算方法，该计算方法通过总结经验数据，研究提出一种计算方法，有效解决传统采用第四强度理论计算方法的针对性差、计算复杂等不足。
为解决上述技术问题，本发明所述的同时受拉受剪螺栓的强度计算方法主要采取以下步骤：
第一步，根据螺栓受载及直径分别计算出螺栓光杆部分的拉应力σ与剪应力τ；
第二步，根据以下的公式(1)求出剪切系数K，
Figure BDA0002543186420000021
其中，σ为螺栓光杆部分的拉应力，τ为螺栓光杆部分的剪应力；
第三步，螺栓在同时受拉、受剪的情况下，破坏剪应力按以下的公式(2)计算；
τb≤Kσb (2)
第四步，强度计算设计时，螺栓中的拉应力与剪应力必须同时满足下面公式(3)和公式(4)共两个约束条件。
σ≤0.65σb (3)
τ≤τb (4)
进一步地，上述受拉受剪螺栓的强度计算方法中，第二步剪切系数K的计算，可以根据经验数据统计分析，采用最小二乘法拟合得出K与
Figure BDA0002543186420000022
的关系曲线，实际应用时，计算得出σ和τ值后，可以通过快速查图法找出对应的K值。
上述技术方案中，所提出的一种飞机上同时受拉受剪螺栓的强度计算方法，该方法能准确的计算出螺栓的承载能力，能有效的提高螺栓的利用效率，更贴近工程实际，可有效减小结构保守设计所付出的重量代价。
附图说明
图1为本发明K计算插值对照图。
具体实施方式
下面结合一种实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
假设一个材料为30CrMnSiA，直径为6mm的螺栓同时受到10000N的拉力与剪力，30CrMnSiA的σb＝1080MPa。
首先，按本发明方法步骤计算螺栓强度：
螺栓拉应力为，
Figure BDA0002543186420000031
螺栓剪应力为，
Figure BDA0002543186420000032
剪切系数K为，
Figure BDA0002543186420000033
则：σ＝353.86MPa≤0.65σb＝702MPa；
τ＝353.86MPa≤τb＝Kσb＝569.16；
安全余量为：
Figure BDA0002543186420000034
其次，按第四强度理论计算螺栓强度：
螺栓拉应力为：
Figure BDA0002543186420000035
螺栓剪应力为：
Figure BDA0002543186420000036
螺栓合应力为：
Figure BDA0002543186420000037
安全余量为：
Figure BDA0002543186420000038
最后，综上对比可知，本发明所述的计算方法得到的螺栓安全余量相比第四强度理论更大，且经过试验与多个型号的应用可知，该方法准确可靠。使用该方法完成飞机螺栓强度设计，可更为准确的计算出螺栓的承载能力，更贴近工程实际，可有效减小结构保守设计所付出的重量代价。

Claims (2)

1.一种同时受拉受剪螺栓的强度计算方法，其特征在于：所述的强度计算方法采取以下步骤：
Step1，根据螺栓受载及直径分别计算出螺栓光杆部分的拉应力σ与剪应力τ；
Step2，根据公式
Figure FDA0002543186410000011
求出剪切系数K，其中，公式中的σ为螺栓光杆部分的拉应力，τ为螺栓光杆部分的剪应力；
Step3，螺栓在同时受拉、受剪的情况下，破坏剪应力按公式τb≤Kσb计算；
Step4，强度计算设计时，螺栓中的拉应力与剪应力必须同时满足σ≤0.65σb和τ≤τb的约束条件。
2.根据权利要求1所述的同时受拉受剪螺栓的强度计算方法，其特征在于：所述的剪切系数K的计算，可以根据经验数据统计分析，采用最小二乘法拟合得出K与
Figure FDA0002543186410000012
的关系曲线，实际应用时，计算得出σ和τ值后，可以通过快速查图法找出对应的K值。
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