[發明專利]一種幾何模型力學性能分析方法及裝置

有效

• 申請號: 201210004819.6
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102542118A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊鋼
• 申請（專利權）人: 中聯重科股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術領域

本發明涉及有限元模型力學分析領域，特別是一種幾何模型力學性能分析方法及裝置。

背景技術

有限元是60年代初期隨著電子計算機的發展而發展起來的一門新的數值計算方法。它在數值分析方法研究領城內具有重大突破性的進展。它的數學邏輯嚴謹、物理概念清晰、易于理解和掌握、應用范圍廣泛，能夠靈活地處理和求解各種復雜問題，特別是它采用矩陣形式表達基本公式，便于運用計算機編程運算，這些優點賦予了有限單元法強大的生命力。

有限元首先應用于航空工程.由于其方法的有效性，迅速被推廣應用于造船、機械、動力、建筑和核子等工業部門。并從固體力學領域擴展到流體力學、傳熱學、電磁學和振動學等領域。

隨著有限元法的廣泛應用，各個領域有限元模型的構建也廣泛展開，各種機構與組件的構建方法不一致。螺紋聯接在機械行業各領域的結構中使用頻率非常高，在有限元模型中，對螺紋聯接結合面的處理方法的研究也很多；通常是按照實際尺寸做出螺栓的模型，用連續介質單元進行網絡劃分，雖然可以得到較準確的有限元模型與較精確的應力、應變分布，但是具有自由度多，建模時間長，計算時間過多的缺點，模型復雜程度大大增加，甚至會導致算例無法求解。

按照實際尺寸做出螺栓的模型做分析時一般采用溫度載荷法、預應力單元法、等效載荷法。

溫度載荷法是一種廣泛使用的預應力模擬方法。它的基本思想是：把預緊載荷換算成對應的溫度梯度載荷，加載在螺栓單元上。若采用實體單元模擬螺栓，溫度載荷可加載在螺帽和螺母之間的螺栓光桿部分。螺栓在熱載荷作用下產生收縮變形，使得螺帽和法蘭、螺母和法蘭以及法蘭和法蘭之間發生接觸擠壓，這與實際螺栓的預緊行為相類似，因此可以通過溫度載荷與預緊力等效的方法獲得希望的初應力狀態。

預應力單元法在螺桿中添加預應力單元，通過預應力單元來模擬螺桿的預應力效果，達到模擬螺紋緊固的作用。參見圖1所示，A為螺紋聯接的結合面。

等效外載法是一種較為直觀的螺栓預緊力模擬方法。它的基本思想是：將預緊力轉化為對應的外載荷直接施加在螺栓不同部分上。建模時主要有兩種方法。一種是在螺栓端部上施加拉力，在螺母上施加大小相等、方向相反的壓力。另一種方法是將螺栓切為兩部分，分別在兩個切面上施加大小相等、方向相反的拉力載荷。載荷的大小等同于螺栓上的預緊力。

現有的方法具有模型復雜，自由度多，建模時間長，計算時間過長的缺點。過多的使用傳統方法處理螺紋聯接結合面，不但會增加模型的復雜性，甚至會導致算例無法求解。

發明內容

本發明提供一種幾何模型力學性能分析方法及裝置，用以提高性能分析速度。

本發明提供的一種幾何模型力學性能分析方法，包括：

確定待分析幾何模型中聯接件和被聯接件的應力錐理論面；

根據聯接件和被聯接件的螺紋聯接裝配結合面和所述應力錐理論面，確定螺紋實際結合面的區域；

針對所述螺紋實際結合面的區域，建立有限元模型；

對所述有限元模型進行靜態分析得到該有限元模型的力學性能狀態信息，其中，在分析過程中的分析對象不包括螺紋聯接的螺紋組件特征。

本發明提供的一種幾何模型力學性能分析裝置，包括：

控制單元，用于確定待分析幾何模型中聯接件和被聯接件的應力錐理論面；根據聯接件和被聯接件的螺紋聯接裝配結合面和所述應力錐理論面，確定螺紋實際結合面的區域；

有限元模型建立單元，用于針對所述螺紋實際結合面的區域，建立有限元模型；

分析單元，用于對所述有限元模型進行靜態分析得到該有限元模型的力學性能狀態信息，其中，在分析過程中的分析對象不包括螺紋聯接的螺紋組件特征。

本發明方案中，對所述有限元模型進行靜態分析得到該有限元模型的力學性能狀態信息，其中，在分析過程中的分析對象不包括螺紋聯接的螺紋組件特征當螺紋聯接結合面在有限元分析項目中屬于非主要研究對象時，可以起到有效、快速模擬螺紋聯接結合面，并進行力學性能分析的特點。使用該方法進行裝配體力學性能分析，該方法簡單、有效。

附圖說明

圖1為螺紋聯接的結合面示意圖；

圖2a和圖2b為應力錐及產生范圍直徑的兩種示意圖；

圖3a為第一原始模型；圖3b為第一原始模型應力錐理論面示意圖；圖3c為第一原始模型裝配結合面示意圖；圖3d為第一原始模型的實際結合面示意圖；

圖4a為第二原始模型；圖4b為第二原始模型裝配結合面示意圖；圖4c為第二原始模型的實際結合面示意圖；