一种铆接结构的动力学特性分析方法

1.本发明属于动力学特性分析领域，尤其涉及一种铆接结构的动力学特性分析方法。


背景技术：

2.铆钉广泛应用在航空、航天、机械等领域，现有的铆接结构(铆接结构由铆钉、被连接结构两部分组成)动力学特性分析方法仅考虑铆钉自身的刚度，没有考虑铆钉装配成形过程中，铆钉压紧力、压紧速度等因素引起的铆钉与铆钉孔的接触刚度、接触阻尼及被连接结构接触面之间的接触刚度、接触阻尼对铆接结构动力学特性的影响。
3.由于铆钉装配过程中，铆钉压紧力、压紧速度等因素引起的铆钉与铆钉孔的接触刚度、接触阻尼及被连接结构接触面之间的接触刚度、接触阻尼对铆接结构动力学特性的影响很大，如忽略此部分影响因素，仅考虑铆钉自身的刚度对铆接结构的动力学特性的影响，将导致铆接结构的动力学特性分析不准确、不可靠。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明设计一种铆接结构的动力学特性分析方法。
5.一种铆接结构动力学特性分析方法，具体包括以下步骤：
6.步骤1：计算得到铆钉自身的拉伸刚度k
t
及剪切刚度ks；
[0007][0008][0009]
其中，l＝t1+t2；d为铆钉直径，单位为mm；e为铆钉材料弹性模型，单位为mpa；g为铆钉材料剪切模型，单位为mpa；t1、t2分别为被连接件厚度，单位为mm；
[0010]
步骤2：基于圆盘类零件模锻计算公式得到铆钉的铆压成形压紧力p；
[0011][0012]
其中，σb为铆钉材料屈服极限，单位为mpa；ab为铆钉镦头投影面积，单位为mm2；ad为铆钉杆面积，单位为mm2；b为铆钉镦头宽度，单位为mm；h为铆钉镦头高度，单位为mm；d为铆钉直径，单位为mm；
[0013]
步骤3：建立铆接结构局部细节有限元模型；
[0014]
通过显示动力学得到铆接结构在压紧力p的作用下的准静态、动态载荷下铆钉铆压成形引起的铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s，具体实施步骤如下：
[0015]
首先进行有限元定义：铆接结构即铆钉及其被连接件采用实体单元模拟，铆钉与被连接件间采用surface-to-surface接触单元连接；
[0016]
材料定义：铆接结构材料模型选用弹塑性材料本构模型；
[0017]
属性定义：铆接结构属性选用solid属性；
[0018]
载荷施加：铆钉两端通过刚性墙对铆钉挤压，刚性墙分别以准静态和动态两种速度运动，刚性墙的挤压最大载荷为p；
[0019]
约束施加：在被连接件四周固支约束；完成铆接结构细节有限元模型搭建；通过显示动力学软件对铆接结构细节有限元模型进行动力学分析，得到铆接结构在压紧力p的作用下的接触单元的刚度属性及阻尼属性；
[0020]
步骤4：基于步骤3得到的铆接结构局部细节有限元模型，建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元模型，最后得到铆接结构动力学特性分析结果；
[0021]
综上，综合铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s及铆钉形式削减系数k1，建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元模型；最后得到铆接结构动力学特性分析结果；
[0022]
所建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元模型，包含铆钉单元、连接单元、接触单元，其中，铆钉单元包含铆钉自身的拉伸刚度kt、剪切刚度ks，接触单元包含铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s。
[0023]
本发明有益技术效果：
[0024]
本发明的内容在于综合考虑了铆钉自身的刚度，以及铆钉装配成形过程中，准静态、动态载荷下引起铆钉压紧力、压紧速度等因素对铆钉与铆钉孔的接触刚度、接触阻尼及被连接结构接触面之间的接触刚度、接触阻尼对铆接结构动力学特性的影响，保证了铆接结构动特性分析的准确性、可靠性。本发明在航空、航天、机械等铆接结构动力学特性分析中有着广泛的应用空间，可以减少试验周期及试验费用，进而极大的缩短研发时间、减少研发成本，实际应用前景广泛。
附图说明
[0025]
图1本发明实施例一种铆接结构动力学特性分析方法流程图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明；
[0027]
本发明提供一种铆接结构动力学特性的分析方法，使其适用于不同铆接结构的动力学特性分析。
[0028]
本发明计算得到铆钉自身的拉伸刚度kt及剪切刚度ks；基于圆盘类零件模锻计算公式得到铆钉铆压成形压紧力p；建立铆接结构局部细节有限元模型，通过显示动力学得到铆接结构在压紧力p的作用下的准静态、动态载荷下铆钉铆压成形引起的铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s；综合铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s及铆钉形式削减系数k1，建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元
模型；最后得到铆接结构动力学特性分析结果。
[0029]
一种铆接结构动力学特性分析方法，如附图1所示，具体包括以下步骤：
[0030]
步骤1：计算得到铆钉自身的拉伸刚度k
t
及剪切刚度ks；
[0031][0032][0033]
其中，l＝t1+t2；d为铆钉直径，单位为mm；e为铆钉材料弹性模型，单位为mpa；g为铆钉材料剪切模型，单位为mpa；t1、t2分别为被连接件厚度，单位为mm；
[0034]
步骤2：基于圆盘类零件模锻计算公式得到铆钉的铆压成形压紧力p；
[0035][0036]
其中，σb为铆钉材料屈服极限，单位为mpa；ab为铆钉镦头投影面积，单位为mm2；ad为铆钉杆面积，单位为mm2；b为铆钉镦头宽度，单位为mm；h为铆钉镦头高度，单位为mm；d为铆钉直径，单位为mm；
[0037]
步骤3：建立铆接结构局部细节有限元模型；
[0038]
通过显示动力学得到铆接结构在压紧力p的作用下的准静态、动态载荷下铆钉铆压成形引起的铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s，具体实施步骤如下：
[0039]
首先进行有限元定义：铆接结构即铆钉及其被连接件采用实体单元模拟，铆钉与被连接件间采用surface-to-surface接触单元连接；
[0040]
材料定义：铆接结构材料模型选用弹塑性材料本构模型，以johnson-cook本构模型为例，采用johnson-cook本构模型计算：
[0041]
σ＝(a+bεn)(1+clnε
*
)(1-t
*m
)]
ꢀꢀꢀ
(2)
[0042]
其中，ε：等效应变；ε
*
：无量纲塑性应变率；t
*
：归一化温度；a：材料在参考应变率和参考温度下的屈服强度；b和n：应变强化系数；c：应变率敏感系数；m：温度软化系数；
[0043]
属性定义：铆接结构属性选用solid属性；
[0044]
载荷施加：铆钉两端通过刚性墙对铆钉挤压，刚性墙分别以准静态和动态两种速度运动，刚性墙的挤压最大载荷为p；
[0045]
约束施加：在被连接件四周固支约束；完成铆接结构细节有限元模型搭建；通过显示动力学软件对铆接结构细节有限元模型进行动力学分析，得到铆接结构在压紧力p的作用下的接触单元的刚度属性及阻尼属性；
[0046]
步骤4：基于步骤3得到的铆接结构局部细节有限元模型，建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元模型，最后得到铆接结构动力学特性分析结果；
[0047]
综上，综合铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s及铆钉形式削减系数k1，建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元模型；最后得到铆接结构动力学特性分析结果；
[0048]
所述铆钉形式削减系数k1，见下表：
[0049]
铆钉形式削减系数半圆形铆钉头桶形铆钉镦头铆钉0.4半圆形铆钉头半圆形铆钉镦头铆钉0.6埋头铆钉头桶形铆钉镦头铆钉0.2埋头铆钉头半圆形铆钉镦头铆钉0.3
[0050]
所建立含接触单元的铆接结构动力学仿真分析细节有限元模型，包含铆钉单元、连接单元、接触单元，其中，铆钉单元包含铆钉自身的拉伸刚度kt、剪切刚度ks，接触单元包含铆钉与铆钉孔的接触刚度kc_r、铆钉与铆钉孔的接触阻尼dc_r、被连接结构接触面之间的接触刚度kc_s、被连接结构接触面之间的接触阻尼dc_s。