如图中所示的叶型部分截面,此截面沿径向向外的部分产生的离心力大小为64856.9
N,截面面积5.812cm2,应用材料力学原理,可知截面的平均应力大小为111.59MPa。图是有限元分析的此截面拉应力分布云图,由图可以看出,在远离边界处的应力大小在110MPa左右,两者相差很小。表明本文所建立的有限元模型是符合力学原理的。
分析以上计结果可以看出,在离心载荷作用下,叶根结构应力总体水平比较高,局部也有非常大的应力集中。在没有考虑弹塑性的情况下,计算得到的应力最大值远远超出材料的屈服强度极限。为此,本文拟从以下几个方面来改善结构的应力分布状况:对应力集中部位进行结构优化,增加有效接触面积。增加销钉的刚度,减小其变形程度,减弱对孔边缘的挤压作用;加长叶根,增加销钉数口,改善应力分布。
本文采用以下3种方案对结构进行优化,并对优化后结构进行应力分析。为了和原设计结构下的应力分布状况进行对比,在计算中,采用和原设计方案相同的载荷工况和边界条件。3种优化方案分别为:
(1)叶根和轮缘上的销钉孔边缘加小角度倒角(0.2mmx2.2mm),增加变形后的接触面积;
(2)采用直径为15mm的销钉,增强销钉强度和刚度;
(3)采用三销钉铆接的叶根。
在叶根和轮缘的销钉孔边缘增加一个小角度的倒角,尺寸大小为0.2mmx2.2mm,具体结构和计算结果如图所示,叶根和销钉的Von Miser等效应力分布以及销钉孔底端Von Miser等效应力沿销钉孔轴向的分布有所改善,从图可以看出,最大应力点向孔内移动,绝对值由原来的1 397 MPa降低至1 137Mpa。
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