專利名稱：一種避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，本發(fā)明涉及一種可以增加結(jié)構(gòu)局部剛度及耐久性，避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法。
背景技術(shù)：
在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般情況下，大孔或圓弧凹槽周圍的結(jié)構(gòu)存在剛度突變時，容易在剛度突變的位置處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而在結(jié)構(gòu)相對薄弱的孔或圓弧凹槽的拐角處發(fā)生 開裂。為了提高結(jié)構(gòu)的局部剛度，設(shè)計者通常會在結(jié)構(gòu)薄弱的孔或圓弧凹槽拐角位置處設(shè)計加強筋，從而使結(jié)構(gòu)剛度平緩地過渡，但這樣會由于結(jié)構(gòu)及加工工藝的影響，容易在加強筋與孔圓弧或圓弧凹槽結(jié)構(gòu)拐角的交匯處產(chǎn)生應(yīng)力集中，對于結(jié)構(gòu)的耐久性能有很大的影響，嚴(yán)重情況下，會造成結(jié)構(gòu)斷裂。下邊結(jié)合附圖1、2，對以上情況進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，大孔13周圍存在結(jié)構(gòu)剛度突變的結(jié)構(gòu)12，為了提高結(jié)構(gòu)的局部剛度，在結(jié)構(gòu)12處布置加強筋11。然而，在在結(jié)構(gòu)12處會形成較大的應(yīng)力集中，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。其次，如圖2所示，加強筋21與凹槽22交匯，凹槽22的周圍存在結(jié)構(gòu)剛度突變的部分23，此結(jié)構(gòu)存在的問題是容易造成加強筋根部產(chǎn)生加工缺陷及應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而使加強筋與凹槽22圓弧交匯處發(fā)生開裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，在不增加生產(chǎn)成本的同時，提高結(jié)構(gòu)的局部剛度，同時避免產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，從而滿足結(jié)構(gòu)使用性及加工性能的要求。本發(fā)明的避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法有以下兩種
I、在部件中結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置設(shè)置一個圓柱凸臺，并通過圓柱凸臺將所述結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置與加強筋相連。進(jìn)一步地，所述加強筋有多條，所述加強筋朝向圓柱凸臺的中軸線。2、在部件中結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置設(shè)置一個圓球，并通過圓球?qū)⑺鼋Y(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置與加強筋相連。進(jìn)一步地，所述加強筋有多條，所述加強筋朝向圓球的球心。具體來說，上述結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置為所述部件中孔或圓弧凹槽的拐角處。本發(fā)明的原理如下將圓柱凸臺或圓球布置在結(jié)構(gòu)相對薄弱的孔或圓弧凹槽的拐角處(即結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置)，并利用多個加強筋交匯布置在圓柱凸臺或圓球的周圍，從而使圓柱凸臺或圓球位于應(yīng)力集中部分的中間位置處，以便孔或圓弧凹槽的拐角處所承受的載荷或內(nèi)應(yīng)力通過圓柱凸臺或圓球的圓弧面擴(kuò)散，即應(yīng)力集中部分形成不再僅位于孔或圓弧凹槽的拐角處，而是位于圓柱凸臺或圓球的圓弧面，以及孔或凹槽的圓弧處，并且大部分位于圓柱凸臺或圓球的圓弧面，進(jìn)而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)所受到的應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力通過圓柱凸臺或圓球及周圍結(jié)構(gòu)的圓弧特征擴(kuò)散，增大了應(yīng)力集中部分的截面積；此外部件其它位置施加給加強筋部件的載荷或內(nèi)應(yīng)力會傳遞至圓柱凸臺或圓球的表面，由于載荷在圓柱凸臺或圓球的內(nèi)部傳遞方向相反，可以實現(xiàn)載荷在圓柱凸臺或圓球的內(nèi)部相互抵消，因此能夠進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免在應(yīng)力集中部分發(fā)生開裂。具體來說，如圖3A所示，在未設(shè)置圓柱凸臺或圓球，而直接將加強筋61與孔的拐角處62相連時，各個方向的應(yīng)力會集中于孔的拐角處62，致使該處應(yīng)力集中，極易開裂。如圖3B所示，而在孔的拐角處設(shè)置圓柱凸臺63，從而將加強筋61通過圓柱凸臺63與孔的拐角處62相連后，孔的拐角處62傳來的應(yīng)力會沿圓柱凸臺63的圓弧面擴(kuò)散，從而增大應(yīng)力集中部分的截面積，而且加強筋61方向的應(yīng)力會集中于圓柱凸臺63處，并相互抵消一部分，從而減少了應(yīng)力集中。
本發(fā)明的避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法不僅可以在提高結(jié)構(gòu)薄弱處的的剛度的同時，避免在結(jié)構(gòu)薄弱處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)的耐久性能；而且還可以實現(xiàn)載荷相互抵消平衡，從而使傳遞到應(yīng)力集中部分的載荷或內(nèi)應(yīng)力得到很大程度的降低，同時增大應(yīng)力集中部分的截面積，從而滿足結(jié)構(gòu)的使用性能，可以適用于鑄造結(jié)構(gòu)件、深沖壓結(jié)構(gòu)件、注塑結(jié)構(gòu)件方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計。


圖I、圖2是在結(jié)構(gòu)剛度突變處布置加強筋而產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A、3B是本發(fā)明的原理示意圖。圖4是實施例I中本發(fā)明的方法應(yīng)用于汽車某鑄壓鋁合金結(jié)構(gòu)件的示意圖。圖5是圖4中A處的載荷及內(nèi)應(yīng)力的傳遞示意圖。圖6是圖4中B處的載荷及內(nèi)應(yīng)力的傳遞示意圖。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施實例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理等作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施例I :
如圖4所示，在汽車某鑄壓鋁合金結(jié)構(gòu)件中，結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置為圖4中孔的拐角處A及圓弧凹槽的拐角處B。孔的拐角處A及圓弧凹槽的拐角處B在承受Z向彎曲或扭轉(zhuǎn)力矩的作用時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，由于結(jié)構(gòu)特征變化較大，加工過程中會產(chǎn)生的一定的內(nèi)應(yīng)力，不利于結(jié)構(gòu)的耐久性能。如圖5所示，在拐角處A設(shè)置一個圓柱凸臺41，并通過圓柱凸臺41將結(jié)構(gòu)剛度存在突變的大孔圓弧42與加強筋43相連，其中加強筋43有多條，且加強筋43朝向圓柱凸臺41的中軸線。顯而易見，上述圓柱凸臺41和大孔圓弧拐角42可以擴(kuò)大應(yīng)力集中部分的截面積，因此增大結(jié)構(gòu)承受載荷的截面積；此外，在多個加強筋43交匯處及大孔圓弧拐角42處的中間位置布置圓柱凸臺41，使得大孔圓弧拐角42應(yīng)力的絕大部分由圓柱凸臺41承擔(dān)，可以使大孔圓弧拐角42的應(yīng)力峰值得到很大程度的降低，有效保證孔的拐角處A得到保護(hù)而不開裂。如圖6所示，在拐角處B設(shè)置一個圓柱凸臺52，并通過圓柱凸臺52將結(jié)構(gòu)剛度存在突變的圓弧凹槽的拐角51與加強筋53相連，其中加強筋53有多條，且加強筋53朝向圓柱凸臺52的中軸線。顯而易見，上述圓柱凸臺52和圓弧凹槽的拐角51可以擴(kuò)大應(yīng)力集中部分的截面積，因此增大結(jié)構(gòu)承受載荷的截面積；此外，在多個加強筋53交匯處及圓弧凹槽的拐角51處的中間位置布置圓柱凸臺52，使得圓弧凹槽的拐角51應(yīng)力的絕大部分由圓柱凸臺52承擔(dān)，可以使大孔圓弧拐角52的應(yīng)力峰值得到很大程度的降低，有效保證圓弧凹槽的拐角處B得到保護(hù)而不開裂。
本實施例通過在大孔圓弧拐角處及圓弧凹槽的拐角處增加加強筋和圓柱凸臺，提高了結(jié)構(gòu)的局部剛度，增大應(yīng)力集中部分的截面積，從而保證在結(jié)構(gòu)薄弱處不發(fā)生開裂。
權(quán)利要求
1.一種避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，其特征在于在部件中結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置設(shè)置一個圓柱凸臺，并通過圓柱凸臺將所述結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置與加強筋相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，其特征在于所述加強筋有多條，所述加強筋朝向圓柱凸臺的中軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置為所述部件中孔或圓弧凹槽的拐角處。
4.一種避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，其特征在于在部件中結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置設(shè)置一個圓球，并通過圓球?qū)⑺鼋Y(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置與加強筋相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，其特征在于所述加強筋有多條，所述加強筋朝向圓球的球心。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置為所述部件中孔或圓弧凹槽的拐角處。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提出一種避免在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中的方法，具體有以下兩種1、在部件中結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置設(shè)置一個圓柱凸臺，并通過圓柱凸臺將所述結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置與加強筋相連。2、在部件中結(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置設(shè)置一個圓球，并通過圓球?qū)⑺鼋Y(jié)構(gòu)剛度存在突變的位置與加強筋相連。本發(fā)明不僅可以在提高結(jié)構(gòu)薄弱處的剛度的同時，避免在結(jié)構(gòu)薄弱處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)的耐久性能；而且還可以實現(xiàn)載荷相互抵消平衡，從而使傳遞到應(yīng)力集中部分的載荷或內(nèi)應(yīng)力得到很大程度的降低，同時增大應(yīng)力集中部分的截面積，從而滿足結(jié)構(gòu)的使用性能，可以適用于鑄造結(jié)構(gòu)件、深沖壓結(jié)構(gòu)件、注塑結(jié)構(gòu)件方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
文檔編號F16S5/00GK102966839SQ20121046448
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者王梁 申請人:奇瑞汽車股份有限公司