螺栓连接结构动力学模型构建方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及机械工程领域，特别是涉及一种螺栓连接结构动力学模型构建方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、螺栓连接结构会对系统引入非线性力学特性，通过常用商业有限元软件对此类结构进行分析时，常用的方法有构建详细模型、梁单元连接模型、刚性单元连接模型。梁单元和刚性单元连接模型计算时间快，但会损失计算精度，详细模型计算精度较高，但存在计算时间过长问题。iwan模型可来描述螺栓连接结构接触非线性力学行为，但因其使用的密度函数适用性限制，导致在对螺栓连接结构接触非线性力学行为识别时被所使用的密度函数数学模型所限制了精度，因此同样存在计算精度问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明实施例提供一种螺栓连接结构动力学模型构建方法、系统、设备及介质，以提高对螺栓连接结构等效建模的计算精度。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：

3、一种螺栓连接结构动力学模型构建方法，包括：

4、获取螺栓连接结构的力-位移曲线实验数据；

5、对所述力-位移曲线实验数据中的位移求一阶导数，得到所述螺栓连接结构的刚度-位移曲线实验数据；

6、对所述螺栓连接结构的连接刚度进行建模，得到刚度下降函数；所述刚度下降函数表示所述螺栓连接结构的位移与刚度之间的关系；

7、利用所述刚度-位移曲线实验数据识别所述刚度下降函数中待确定的参数；

8、根据参数确定后的刚度下降函数确定螺栓连接结构的密度函数；

9、根据所述密度函数构建螺栓连接结构的刚度-iwan模型；所述刚度-iwan模型用于表征螺栓连接结构的接触非线性力学特性；所述刚度-iwan模型包括：骨线方程和循环激励方程。

10、可选地，所述刚度下降函数的表达式为：

11、

12、

13、

14、

15、其中，为螺栓连接结构微观滑移起点；为螺栓连接结构宏观滑移起点；k1为螺栓连接结构发生微观滑移前的初始刚度；k∞为螺栓连接结构发生宏观滑移后的剩余刚度；δk为螺栓连接结构在发生宏观滑移处的刚度突变量；k(x)为刚度下降函数；knol(x)为关于位移x的刚度变化函数；为在螺栓连接结构微观滑移起点位置的刚度变化函数取值；为在螺栓连接结构宏观滑移起点位置的刚度变化函数取值；a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3和c4均为分布参数；刚度下降函数中待确定的参数包括：k1、k∞、δk、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3和c4。

16、可选地，所述密度函数的表达式为：

17、

18、其中，ρ(x)为关于位移x的密度函数；k(x)为刚度下降函数；knol(x)为关于位移x的函数；为螺栓连接结构微观滑移起点；为螺栓连接结构宏观滑移起点；为螺栓连接结构宏观滑移起后无穷远的一点；δk为螺栓连接结构在发生宏观滑移处的刚度突变量；k∞为螺栓连接结构发生宏观滑移后的剩余刚度；为输入为的海维塞德阶跃函数；为输入为的海维塞德阶跃函数；为输入为的狄拉克脉冲函数；为输入为的狄拉克脉冲函数。

19、可选地，所述骨线方程的表达式为：

20、

21、其中，f(x)为位移x处所受到的力；为关于积分变量的密度函数。

22、可选地，所述循环激励方程包括：压缩行程的力-位移关系积分表达式和拉伸行程的力-位移关系积分表达式；

23、所述压缩行程的力-位移关系积分表达式为：

24、

25、其中，fc(x)表示压缩行程中位移x处所受到的力；a表示输入的周期循环激励的幅值；

26、所述拉伸行程的力-位移关系积分表达式为：

27、

28、其中，ft(x)表示拉伸行程中位移x处所受到的力。

29、可选地，根据参数确定后的刚度下降函数确定螺栓连接结构的密度函数，具体包括：

30、对参数确定后的刚度下降函数中的位移求一阶导数并取相反数，得到螺栓连接结构的密度函数。

31、可选地，获取螺栓连接结构的力-位移曲线实验数据，具体包括：

32、对螺栓连接结构从静平衡位置进行单向拉伸或单向压缩的准静态实验，得到力-位移曲线实验数据。

33、本发明还提供了一种螺栓连接结构动力学模型构建系统，包括：

34、第一数据获取模块，用于获取螺栓连接结构的力-位移曲线实验数据；

35、第二数据计算模块，用于对所述力-位移曲线实验数据中的位移求一阶导数，得到所述螺栓连接结构的刚度-位移曲线实验数据；

36、刚度下降函数构建模块，用于对所述螺栓连接结构的连接刚度进行建模，得到刚度下降函数；所述刚度下降函数表示所述螺栓连接结构的位移与刚度之间的关系；

37、参数识别模块，用于利用所述刚度-位移曲线实验数据识别所述刚度下降函数中待确定的参数；

38、密度函数确定模块，用于根据参数确定后的刚度下降函数确定螺栓连接结构的密度函数；

39、刚度-iwan模型构建模块，用于根据所述密度函数构建螺栓连接结构的刚度-iwan模型；所述刚度-iwan模型用于表征螺栓连接结构的接触非线性力学特性；所述刚度-iwan模型包括：骨线方程和循环激励方程。

40、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的螺栓连接结构动力学模型构建方法。

41、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的螺栓连接结构动力学模型构建方法。

42、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

43、本发明实施例利用刚度下降函数(stiffness-desent function，s-d函数)构造刚度-iwan模型(stiffness-iwan model，s-iwan模型)用以描述螺栓连接结构的接触非线性力学行为，实现了对具体的螺栓连接结构进行动力学特性等效，在不耗费大量计算资源和计算成本前提下，较好的反映螺栓连接结构非线性动力学表现，提高对螺栓连接结构等效建模的计算精度。相比具体的螺栓结构模型，缩短了计算时间；相比传统的iwan模型，提升了计算精度；对于包含螺栓连接结构的动力学计算场景，有效的提升了动力学计算效率。

技术特征：

1.一种螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，所述刚度下降函数的表达式为：

3.根据权利要求1所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，所述密度函数的表达式为：

4.根据权利要求1所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，所述骨线方程的表达式为：

5.根据权利要求4所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，所述循环激励方程包括：压缩行程的力-位移关系积分表达式和拉伸行程的力-位移关系积分表达式；

6.根据权利要求1所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，根据参数确定后的刚度下降函数确定螺栓连接结构的密度函数，具体包括：

7.根据权利要求1所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法，其特征在于，获取螺栓连接结构的力-位移曲线实验数据，具体包括：

8.一种螺栓连接结构动力学模型构建系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至7中任一项所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的螺栓连接结构动力学模型构建方法。

技术总结
本发明公开了一种螺栓连接结构动力学模型构建方法、系统、设备及介质，涉及机械工程领域，所述方法，包括：获取螺栓连接结构的力‑位移曲线实验数据；对力‑位移曲线实验数据中的位移求一阶导数，得到螺栓连接结构的刚度‑位移曲线实验数据；对螺栓连接结构的连接刚度进行建模，得到刚度下降函数；利用刚度‑位移曲线实验数据识别刚度下降函数中待确定的参数；根据参数确定后的刚度下降函数确定螺栓连接结构的密度函数；根据密度函数构建螺栓连接结构的刚度‑Iwan模型。本发明能提高对螺栓连接结构等效建模的计算精度。

技术研发人员：邓兆祥,侯纪华,刘京川
受保护的技术使用者：振声慧源（重庆）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16