通过有限元计算,对比分析了圆弧型与平面型榫齿面接触应力分布规律以及对加工和装配误差的敏感性。研究结果表明:圆弧型榫齿面能够明显改善接触表面挤压应力的分布,大大降低挤压应力的峰值,从而有效提高抗微动疲劳能力。此外圆弧型榫齿型面的榫头对加工偏差、安装状态变化不敏感,具有鲁棒性特征。在上述研究结果的基础上,对圆弧型榫头型面如何进行优化设计进行了深入研究,提出了采用二维建模进行优化,在三维模型上进行验证的优化设计方法,降低了计算工作量,达到了工程化的目的,并设计出了某型发动机圆弧型榫头型面。研究结果表明该方法合理有效。
在结构可靠性形状优化的基础上,推导了接触问题随机有限元的灵敏度解析分析表达式,给出了优化分析的基本步骤,并对某发动机燕尾型榫头/榫槽接触结构,选取榫头齿颈宽和齿面倾斜角为设计变量,以榫头最大拉伸应力、齿面挤压应力及可靠度指标为约束条件,对榫头边界上节点的最大当量应力进行了优化分析.结果表明,优化后榫头和榫槽接触面上的接触压力、当量应力及可靠度指标的分布更加均匀,验证了优化分析模型的合理性及所提出的可靠性形状优化设计方法的有效性,为榫头/榫槽的结构设计提供有价值的参考.
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