Page 46 - 理化检验-物理分册2024年第三期

高学敏, 等: 钛合金紧固件双剪试验仿真分析

图 9 考虑刃口圆角划分网格后的上剪刀有限元模型
表 1 螺栓双剪试验有限元仿真方案
图 10 实际螺栓双剪过程中上剪刀位移曲线
方案 刃口半径 / 剪切间隙 / 剪切速率 /
编号 mm mm ( N · s )
-1

1 0.1 , 0.2 , 0.3 0.0025 , 0.0025 , 0.0025 666.7 , 666.7 , 666.7

2 0.2 , 0.2 , 0.2 0.0025 , 0.0075 , 0.0125 666.7 , 666.7 , 666.7

3 0.2 , 0.2 , 0.2 0.0025 , 0.0025 , 0.0025 366.7 , 666.7 , 866.7
2.2.3 实际螺栓双剪试验结果
为了验证实际试验结果与有限元仿真结果的吻
合度, 开展了实际螺栓双剪试验, 并将实际试验结果
与理想条件下螺栓双剪试验的有限元仿真结果进行 图 11 实际螺栓双剪过程中上剪刀加载力曲线
对比, 实际螺栓双剪过程中上剪刀位移曲线及上剪 5.995mm 条件下, 不同刃口半径下螺栓双剪试验

刀加载力曲线分别如图 10 , 11 所示。由图 10 , 11 可 结果。由图 12 可知: 当刃口半径为 0.2 mm 时, 有

知: 实际试验结果与有限元仿真结果吻合较好, 说明 限 元 仿 真 结 果 获 得 的 截 面 剪 力 最 低,约 为
有限元仿真结果具有较高的准确性。 12900N , 实际仿真结果与理想条件仿真结果之间

的误差最小, 约为 0.6% , 仿真结果十分接近理想条
3 综合分析
件; 当刃口半径为 0.1mm 时, 有限元仿真结果获得

3.1 刃口半径对螺栓双剪试验结果的影响 的截面剪力最大, 仿真结果与理想条件仿真结果之

图12为剪切速率为 666.7N / s 、 上剪刀宽度为 间的误差最大。

图 12 不同刃口半径下螺栓双剪试验结果
不同刃口半径下螺栓断裂前的应力云 图如图 666.7N / s条件下, 不同剪切间隙下螺栓双剪试验

13 所示。由图 13 可知: 当刃口半径为 0.3 mm 时, 结果。由图14 可知: 当剪切间隙为0.0025mm 时,

螺栓断裂前的应力水平最低, 螺栓沿上剪刀运动方 仿真得到的螺栓抗剪能力最弱, 实际仿真结果与理
向的位移较小, 最大应力集中在剪切区域; 当刃口半 想条件仿 真 结 果 之 间 的 误 差 最 小; 当 剪 切 间 隙 为

径为 0.1mm 时, 螺栓断裂前的应力传播较为均匀。 0.0125mm 时, 仿真结果与理想条件仿真结果之间

3.2 剪切间隙对螺栓双剪试验结果的影响 的误差最大, 约为 8% 。

图 14 为 刃 口 半 径 为 0.2 mm , 剪 切 速 率 为
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