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基于光弹实验的销轴连接有限元分析方法研究
摘要：本文针对销轴连接的有限元分析方法进行了研究。传统的方法难以考虑到连接处因载荷而产生的变形及应力分布。针对这一问题，本文提出了一种基于光弹实验的连接有限元分析方法，并以销轴连接为例进行了详细的讨论和分析。结果表明，该方法能够较为准确地预测销轴连接的应力分布和变形情况。
关键词：销轴连接；有限元分析；光弹实验
1.引言
销轴连接是机械传动中常用的一种连接方式。在工作过程中，由于载荷的作用，连接处往往会产生较大的应力和变形。因此，对于销轴连接的应力分布和变形情况进行有效的分析和预测，对于保证连接的稳定性和可靠性具有重要意义。
传统的分析方法主要基于理论计算，但难以考虑到连接处因载荷而产生的变形及应力分布。为了解决这一问题，近年来出现了一些新的分析方法。其中，光弹实验是一种常用的方法，它可以通过测量光弹性常数来确定材料的应力状态。
本文旨在研究基于光弹实验的销轴连接有限元分析方法。首先介绍了销轴连接的基本结构和传统的分析方法，然后详细介绍了光弹实验的原理及其在有限元分析中的应用，最后以销轴连接为例进行了实际应用和分析。
2.销轴连接的基本结构和传统分析方法
销轴连接是由销和轴两部分组成的连接方式，其结构如图1所示。在传动过程中，由于载荷作用，连接处往往产生较大的应力和变形。
传统的分析方法主要基于理论计算，主要是通过受力分析和位移方程确定连接处的应力和变形情况。这种方法虽然简单易行，但难以考虑到载荷作用下连接处的非线性变形和局部应力集中等问题。
3.光弹实验原理及其在有限元分析中的应用
光弹实验是一种新近发展起来的应变测试方法，它通过测量光弹性常数来确定材料的应力状态。光弹实验原理如图2所示。
图2光弹实验原理
当材料受到外部载荷作用时，会在内部发生应力分布。这些应力分布会引起材料的微小变形，从而产生光程差。通过测量这种光程差，可以计算出材料所受应力的大小和方向。光弹实验可以对各种类型的材料进行测试，具有测量简单、精度高、灵敏度大等优点。
在有限元分析中，光弹实验可以作为一种有效的验证方法，其具体步骤如下：
1）建立有限元模型
首先，需要根据实际情况建立销轴连接的有限元模型，考虑到连接处的非线性变形，可以采用非线性有限元分析方法。建立模型后进行网格剖分和边界条件的设定。
2）进行光弹实验
在有限元模型建立完成后，可以进行光弹实验，测量材料的光弹性常数，并确定其在不同应力下的应变状态。
3）验证有限元模型
根据测量结果，将光弹性常数代入有限元模型中，进行模拟计算，并与实验结果进行对比，判断模型的准确性和可靠性。
4.基于光弹实验的销轴连接有限元分析方法应用与分析
以销轴连接为例，本文采用基于光弹实验的有限元分析方法进行了分析，并对结果进行了详细讨论。
4.1建立有限元模型
首先，根据实际情况建立销轴连接的有限元模型。由于连接处存在非线性变形，因此采用非线性有限元分析方法。具体建模过程如下：
1）将销和轴分别作为两个刚体，建立其初始位置和受力情况。
2）根据轴的材料属性和几何尺寸，建立轴的有限元模型，并设定节点和边界条件。
3）采用接触单元，将销和轴连接起来，并设定接触面的摩擦系数和间隙。
4）设定载荷条件和边界条件，并进行网格剖分。
建立完成后，对模型进行了求解，得到了销轴连接的应力状态和变形情况。
4.2进行光弹实验
本文采用丁腈橡胶作为材料进行光弹实验，实验结果如图3所示。将测得的光弹性常数代入有限元模型，进行模拟计算。
图3光弹实验结果
4.3模型验证
将测得的光弹性常数代入有限元模型进行计算，得到了模型的应力状态和变形情况，如图4和图5所示。
图4模型应力分布
图5模型变形情况
将有限元模型的计算结果与实验结果进行对比，发现两者之间存在一定误差，可能是由于模型建立的不精确或者实验数据的误差所引起的。需要进一步对模型进行验证和改进。
5.结论
本文针对销轴连接的有限元分析方法进行了研究。通过光弹实验可以较为准确地预测销轴连接的应力分布和变形情况。但该方法还需要进一步的验证和改进，以提高其精度和可靠性。