一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法与流程

文档序号:12364634阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1,根据被连接件和螺栓连接件的连接情况建立螺栓连接结构的3D几何模型;

步骤2,根据螺栓连接结构的几何参数、材料参数通过步骤1建立的3D几何模型采用实体单元建立螺栓连接结构有限元模型;

步骤3,对螺栓连接结构进行模态试验,获取不同预紧力条件下螺栓连接结构的模态参数;

步骤4,采用不同预紧力情况下的模态参数识别螺栓连接结合面薄层单元各向同性材料参数,获取薄层单元材料参数随预紧力变化曲线。

2.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述螺栓连接结构为多螺栓连接结构,由被连接件和螺栓连接件组成。

3.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述被连接件为两块被连接板,所述被连接板上设置有孔径与螺栓直径相同的螺栓孔。

4.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述螺栓连接件对被连接件的连接作用通过结合面刚度来等效。

5.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述有限元模型中结合面采用各向同性材料的薄层单元模拟。

6.根据权利要求5所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述薄层单元的本构方程为:

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其中,接触面的法向{e}n和两个切向{e}t分别定义为薄层单元局部坐标系的z、x、y方向;σzz表示法向应力应变,τyzyz、τzxyz表示切向应力应变,λ表示拉梅常数,G表示各向同性材料的剪切模量。

7.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:以螺栓孔中心位置为参考点,将搭接面以靠近螺栓和远离螺栓划分为两个区域,两个区域采用不同参数的薄层单元模拟,其参数值可根据动态试验数据进行识别。

8.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述步骤3中对螺栓连接结构进行模态试验,获取不同预紧力条件下结构的模态参数,包括如下步骤:

步骤31,根据螺栓连接结构的几何参数、材料参数设计并制作试验件;

步骤32,采用扭力扳手控制螺栓连接结构中螺栓的预紧力矩,在不同的预紧力矩作用下分别对螺栓连接结构进行模态试验;

步骤33,采用锤击法进行模态试验,根据螺栓连接结构的几何参数和材料参数选取采样频率和测点位置,测试螺栓连接结构的主要模态参数,获得各阶模态频率随预紧力矩变化关系曲线。

9.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:所述步骤4中采用模态参数识别螺栓连接结合面薄层单元各向同性参数,获取薄层单元材料参数随预紧力变化曲线,包括如下步骤:

步骤41,结合面薄层单元的材料参数初始值根据以下两个原则确定:①靠近螺栓的区域,薄层单元材料参数的数量级应与螺栓的材料参数数量级相同;②远离螺栓区域的薄层单元材料参数数量级小于靠近螺栓区域;

步骤42,采用模态置信度MAC匹配计算振型与试验振型,以保证计算结果与试验模态阶次一一对应;

步骤43,在初始有限元模型基础上,将试验模态参数作为补充信息,以计算结果与试验值之间的残差最小为目标函数,构造薄层单元参数识别问题,分别迭代求解各预紧力矩下薄层单元材料参数值,从而获得薄层单元材料参数随预紧力矩变化的关系曲线。

10.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法,其特征在于:采用扭力扳手测定螺栓拧紧力矩,根据得到的薄层单元材料参数随预紧力变化曲线,找到该拧紧力矩所对应的薄层单元材料参数值,进而获得螺栓连接结构的动力学模型。

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