复合绝缘子压接金具弹塑性分析

摘　要：复合绝缘子压接金具的力学分析要用到厚壁圆筒在均匀外压作用下的塑变理论，而国内这方面的技术资料难以找到。为此，针对国内普遍应用的压接连接界面结构，根据其组装时金具套筒的实际受力状态，分析厚壁圆筒在均匀外压作用下的塑变规律，以便为设计和制订压接工艺参数提供理论根据。
关键词：复合绝缘子；压接金具；弹塑性分析

  　复合绝缘子其两端金具与芯棒连接的可靠性直接关系到电力系统的经济效益。目前国内复合绝缘子芯棒与金具的连接方式普遍采用拉伸强度较为稳定的内楔连接界面结构；同时，为了简化产品连接界面结构，实现界面结构组装机械化，提高工效，降低产品成本，采用压接金具方式。但目前有关厚壁圆筒在均匀外压作用下产生塑变的技术资料难以查找。为此，本文将根据压接连接界面组装时金具套筒受力实际状态，采用平面应变问题的理想弹塑性模型，通过弹塑性分析，找出厚壁圆筒在均匀外压作用下的塑变规律，以便为压接金具的结构设计和制订压接工艺参数提供理论依据。

1　轴对称平面应变弹性解
　　采用圆柱坐标（r、θ、z）表示各分量。其厚壁圆筒的内半径为a，外半径为b，在内表面受内压P₁，在外表面受外压P₂。则

　

　

2　屈服条件
　　特雷斯卡表达式为

3　压接金具弹塑性分析
　　当压接金具内压为零，外压P较小时，金具套处于弹性状态，由式（3）可将前2个应力分量写成

　　在r＝a处（σ_r－σ_θ）有最大值，即金具套由内壁开始屈服，若此时的外压为P_e，由式（5）及（4），即（σ_r－σ_θ）_r＝a＝σ_s　　可以求得弹性极限压力为：

　　当P＜P_e时，压接金具处于弹性状态，当P＞P_e时，在金具内壁附近出现塑性区，并且随着外压的增加，塑性区逐渐向外扩展，而外壁附近仍为弹性区。由于应力组合（σ_r－σ_θ）的轴对称性，塑性区与弹性区的分界面为圆柱面。金具处于弹性状态的压力为P_P，弹塑性分界半径为r_P，分别考虑两个变形［图1（a）］，也可将两个区域按两个厚壁圆筒分别进行讨论［图2（b）、（c）］，由于轴对称性，在内筒（塑性区）的外壁与外筒（弹性区）的内壁分别作用均匀径向压力q，即σ_r｜_r＝rP。塑性区的　　应力分量应满足平衡方程（2）与屈服条件（4），即

将屈服条件代入平衡方程，得

　　　当r_P＝b时，整个截面进入塑性状态，此时的压力为塑性极限压力，以P_L表示，将r_P＝b代入式（10）得
　　由图中看出，三种状态下均为σ_θ＜0，σ_r＜0，且｜σ_r｜的最大值发生在筒体的外壁处，而｜σ_θ｜的最大值则随外压的增加由内壁移到外壁。

4　结论
　　（1）压接金具不论其承受的是内压还是外压都是从内壁开始屈服。
　　（2）压接金具当其承受外压作用时，其弹性极限压力和塑性极限压力与该金具承受均匀内压作用时相同。
参考文献
［1］徐秉业，刘信声．应用弹塑性力学．北京：清华大学出版社，1995．184—202．
［2］熊祝华．塑性力学基础知识．北京：高等教育出版社，1986．1—23，102—109．
［3］苏翼林．材料力学．北京：高等教育出版社，1980．107—120．

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