一种建模方法、测试弯矩的方法以及测试挠度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及工程设计技术领域，特别是设及一种建模方法、测试弯矩的方法W及 测试提度的方法。
【背景技术】
[0002] 在结构有限元分析中，通常将转动约束假设为完全刚性或完全自由。但在实际工 程中，转动约束往往很难满足该一假设条件，一般处于两者之间，即弹性转动约束状态。
[0003] 在结构有限元仿真软件中，弹性约束不像刚性约束那样可W直接施加。在结构有 限元分析时，为模拟弹性约束，通常需要将约束结构与分析对象同时进行有限元网格划分。 如果弹性约束结构比较庞大和复杂，那么有限元模型构建是比较困难的，而且所建立的有 限元模型规模也较大、求解时间较长。另外，如果只知弹性约束的刚度，而不知弹性约束的 结构，则弹性转动约束无法模拟。
[0004] 因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种在弹性转动约束下的试验组件的建模方法来克服或 至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种在弹性转动约束下的试验组件的建模方法。所 述试验组件包括待测试验件W及用于约束待测试验件的扭力杆，所述在弹性转动约束下的 试验组件的建模方法包括如下步骤：步骤1 ;检测待测试验件的各项参数；步骤2 ;通过所 述步骤1中的各项参数，建立待测试验件的二维模型，将所述待测试验件划分成任意多个 节点；步骤3 ;为所述步骤1中的待测试验件施加载荷；步骤4 ;选取所述步骤2中的节点， 所述节点至少包括所述待测试验件的两端的节点W及沿其轴向方向的受到载荷处的节点； 步骤5 ;为所述步骤4中的待测试验件的两端或其中一端的节点施加约束，所述约束用于约 束所述待测试验件的受到所述约束时相应的节点的平动自由度；步骤6 ;在所述步骤2中的 二维平面内建立扭力杆的二维模型，其中，所述扭力杆的二维模型的一端为所述步骤5中 的受到所述约束的节点，且所述扭力杆的二维模型的轴向方向垂直于所述待测试验件的轴 向方向与所述载荷的方向所形成的平面；步骤7 ;为所述待测试验件施加约束，限制所述待 测试验件沿其自身轴向转动；步骤8 ;为所述步骤6中的扭力杆的二维模型远离所述待测试 验件的一端施加6个方向自由度的约束。
[0007] 优选地，所述步骤1中的待测试验件的各项参数包括；所述待测试验件的长度参 数、扭转刚度参数、直径参数、弹性模量参数W及所述待测试验件的泊松比。
[000引优选地，所述步骤6包括如下步骤：步骤61 ;赋予所述扭力杆的二维模型参数数 据，使所述扭力杆的二维模型的扭转刚度等于所述步骤2中的待测试验件的扭转刚度；步 骤62 ;通过公式计算所述扭力杆的直径。
[0009] 优选地，所述步骤61中的扭力杆的二维模型参数数据包括；扭力杆长度t、扭力杆 的横截面最大惯性矩I p W及扭力杆的材料剪切弹性模量G。
[0010] 优选地，所述步骤61中的扭力杆长度t W及所述扭力杆的横截面最大惯性矩Ip 应满足如下公式：
[0011]
其中，G为扭力杆的材料剪切弹性模量；K"为扭转刚度，其等于待测 试验件的扭转刚度Kt。
[0012] 优选地，所述扭力杆的直径采用如下公式进行计算：
[0013]
，其中，d为圆杆直径；t为扭力杆长度；G为扭力杆的材料剪切弹性 模量，K"为扭转刚度，其等于待测试验件的扭转刚度Kt，n为圆周率。
[0014] 本发明还提供了一种利用如上所述的建模方法测试待测试验件的弯矩的方法，所 述方法包括；步骤1 ;建立如权利要求1至6中任意一项所述的试验组件的模型；步骤2 ;通 过有限元计算方法对所述试验组件中的待测试验件进行计算，获得所述待测试验件的任意 位置的弯矩。
[0015] 优选地，采用如下公式进行弯矩计算：
[0016]
[0017] 其中，M为弯矩，P为施加的载荷；L为待测试验件的长度，X为任意位置；a为；
为梁的转动约束刚度参数。
[0018] 本发明还提供了一种利用如上所述的建模方法测试待测试验件的提度的方法，所 述方法包括；步骤1 ;建立如权利要求1至6中任意一项所述的试验组件的模型；步骤2 ;通 过有限元计算方法对所述试验组件中的待测试验件进行计算，获得所述待测试验件的任意 位置的提度。
[0019] 优选地，采用如下公式进行弯矩计算：
[0020]
t中，y为提 度，E为拉伸弹性模量，I为横截面的最小弯曲惯性矩，a关
为梁的转动约束刚 度参数，K"为弹性转动约束刚度，P为施加的载荷，L为待测杆的长度；X为任意位置。
[0021] 本发明中的弹性转动约束下的试验组件的建模方法能够建立处于弹性转动约束 状态下的待测试验件，相对于现有技术，其建模方法简单，效率高。
【附图说明】
[0022] 图1是根据本发明一实施例的试验组件的二维模型示意图。
[002引 图2是图1所示的实验组件的弯矩测试数据图，其中，KM取962113N ? mm/rad。
[0024] 图3是图1所示的实验组件的弯矩测试数据图，其中，KM取192423N ? mm/rad。
[0025] 图4是图1所示的实验组件的提度测试数据图，其中，KM取962113N ? mm/rad。
[0026] 图5是图1所示的实验组件的提度测试数据图，其中，KM取192423N ? mm/rad。
[0027] 附图标记；
[002引
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中 的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用 于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下 面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0030] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中屯、V纵向V横向V前V后V左"、 "右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底""内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的 限制。
[0031] 本发明的在弹性转动约束下的试验组件的建模方法包括如下步骤：
[0032] 步骤1 ;检测待测试验件的各项参数；可W理解的是，上述的各项参数具体包括： 待测试验件1的长度参数、扭转刚度参数、直径参数、弹性模量参数W及待测试验件1的泊 松比。
[0033] 步骤2 ;通过步骤1中的各项参数，建立待测试验件的二维模型，将待测试验件划 分成任意多个节点；
[0034] 步骤3 ;为步骤1中的待测试验件施加载荷；在本实施例中，该载荷施加在待测试 验件的中部，该中部为待测试验件的两端距该中部的距离相等处。
[0035] 可W理解的是，该载荷也可W施加在其他位置，在施加其他位置时，需要考虑偏移 量。
[0036] 步骤4 ;选取步骤2中的节点，节点至少包括待测试验件的两端的节点W及沿其轴 向方向的受到载荷处的节点；
[0037] 步骤5 ;为步骤4中的待测试验件的两端或其中一端的节点施加约束，该约束用于 约束待测试验件的受到约束时相应的节点的平动自由度；
[0038] 步骤6 ;在步骤2中的二维平面内建立扭力杆的二维模型，其中，扭力杆的二维模 型的一端为步骤5中的受到约束的节点，且扭力杆的二维模型的轴向方向垂直于待测试验 件的轴向方向与载荷的方向所形成的平面；具体地，步骤6包括如下步骤：
[0039] 步骤61 ;赋予扭力杆3的二维模型参数数据，使扭力杆3的二维模型的扭转刚度 等于步骤2中的待测试验件1的扭转刚度；该处的扭力杆3的参数数据包括；扭力杆长度 t、扭力杆的横截面最大惯性矩Ip W及扭力杆的材料剪切弹性模量G。可W理解的是，该处 的扭力杆长度t、扭力杆的横截面最大惯性矩IP W及扭力杆的材料剪切弹性模量G应当满 足下述公式：
[0040] 其中，G为扭力杆的材料剪切弹性模量；Km为扭转刚度，其等于待测 试验件的扭转刚度Kt。
[0041] 可W理解的是，上述的待测试验件的扭转刚度为已知量，即上述的扭力杆长度t W及扭力杆的横截面最大惯性矩Ip可W自行设定，只要能够满足上述的公式即可。
[0042] 步骤62 ;通过公式计算所述扭力杆的直径。具体地，采用如下公式进行计算：
[00创
其中，
[0044] d为圆杆直径；
[0045] t为扭力杆长度；G为扭力杆的材料剪切弹性模量，Km为扭转刚度，其等于待测试 验件的扭转刚度Kt，31为圆周率。
[0046] 步骤7 ;为待测试验件施加约束，限制待测试验件沿其自身轴向转动；
[0047] 步骤8 ;为步骤6中的扭力杆的二维模型远离待测试验件的一端施加6个方向自 由度的约束。
[0048] 本发明中的弹性转动约束下的试验组件的建模方法能够建立处于弹性转动约束 状态下的待测试验件，相对于现有技术，其建模方法简单，效率高。
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