О ПРОВЕРКЕ ГИПОТЕЗЫ КОСИНУСНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНТАКТЕ «ВАЛ-ОТВЕРСТИЕ»

Одним из часто встречающихся в машиностроении и строительстве видом соединения является соединение «Вал-отверстие». Возникающие при его нагружении механические напряжения распределяются сложным образом в месте контакта соединения и в некоторых случаях могут привести к его разрушению. Поэтому в процессе проектирования важно уметь рассчитывать механические напряжения в зоне контакта. Традиционно в расчетах полагается, что контактные напряжения распределены по косинусоидальному закону. Однако это не совсем верно, особенно при различных диаметрах вала и отверстия. Опираясь на теоретические исследования по определению зоны контакта вала и отверстия (в том числе и при различных их диаметрах) и распределению напряжений в зоне контакта, авторами в среде APMWinMachine проведены численные расчеты напряжений в объеме вала и пластины с отверстием при нагружении соединения «Вал-отверстие». Расчеты производились для двумерного случая методом конечных элементов в программе APMStructure. Расчеты показали, что при равенстве диаметров в соединении распределение напряжений близко к косинусоидальному, при этом в зоне контакта возникает только один концентратор напряжения, находящийся на прямой действия нагружающей силы. Однако при наличии даже небольшого расхождения в диаметрах вала и отверстия в месте контакта возникает три зоны концентрации напряжений, в которых возможно разрушение соединения. Это центральная зона и две боковых, угловое расстояние между которыми можно рассчитать, исходя из известных формул, полученных теоретически. Проведен эксперимент с моделью из оргстекла, качественно подтверждающий правильность проведенных расчетов.

1. Белоус Н.М., Ториков В.Е. Стратегия инновационного развития научных исследований в Брянской государственной сельскохозяйственной академии // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 2. С. 4-16.

2. Кисель Ю.Е., Шишова В.П., Мурачёв С.М. и др. Применение МКЭ для расчета упругих характеристик композиционных материалов // Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК». Брянск: Издательство Брянский государственный аграрный университет (Кокино), 2020. С. 57-62.

3. Безик Д.А., Романеев Н.А. Расчеты напряженного состояния элементов грузоподъемных машин с использованием современного программного обеспечения // Подъемно-транспортное дело. 2008. № 1 (45). С. 2-5.

4. Сухов И.С., Платонов A.C. Проблемы применения шарнирных соединений в стальных конструкциях автодорожных мостов // Транспортное строительство. 2009. № 4. С. 19-20.

5. Шелофаст В.В., Прокопов В.С., Шелофаст В.В. и др. Возможности отечественных систем инженерного анализа (CAE) // Сборник трудов XVI Международной молодёжной конференции 17-19 октября 2016 г. «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (СAD/CAM/PDM-2016)». М.: Изд-во ООО «Аналитик», 2016. С. 19-23.

6. Комогорцев В.Ф., Попов Г.Я., Радиолло М.В. Контактная задача для кругового кольца // Прикладная механика. 1980. Т. 16. № 1. С. 81-87.