加工硬化引起的圆孔边应力集中数值分析

卞步喜，刘一华，丁曙光

（1.合肥工业大学 土木与水利工程学院，合肥 230009；2. 安徽江淮汽车股份有限公司，合肥 230601）

加工硬化引起的圆孔边应力集中数值分析

卞步喜1，刘一华1，丁曙光2

（1.合肥工业大学 土木与水利工程学院，合肥 230009；2. 安徽江淮汽车股份有限公司，合肥 230601）

由于切削力的作用，钻孔后会在孔口附近形成加工硬化层。根据硬度与弹性模量之间的关系，将硬化层简化为一个异质圆环，应用有限元软件MSC.Patran&Nastran对钻一小圆孔的Q235钢板的单向拉伸进行了数值分析。研究表明，加工硬化对孔边附近的应力影响较大；孔边的应力集中系数随硬化层的加工硬化程度增大而增大，随硬化层的深度增大而减小；钻孔产生的加工硬化对孔边附近的应力及应力集中的影响是不可忽略的。

板；圆孔；加工硬化；应力集中；解析解

0 引言

在机械制造过程中，常常需要在零件上钻圆孔，钻孔后的零件在受载荷作用时孔边会产生应力集中[1]。Kirsch于1898年首先给出了如图1所示含一小圆孔的大板在均布拉力作用下的应力解析解[2]，该解表明，孔边y轴上A点的应力sx是载荷q的3倍。Kirsch解具有重要的工程应用，例如，它是测量残余应力的钻孔法的理论基础[3,4]。实际上，在钻孔过程中，由于切削力的作用，在钻削面附近将产生加工硬化[5]，孔口附近会形成一个环状的硬化层。

图1 分析模型

硬化层内的材料性质会发生明显变化，其硬度和弹性模量均显著增大，这势必会改变孔口附近的应力分布，影响孔边的应力集中程度。……