[發明專利]一種套筒鉚接結構的有限元建模方法

在審

• 申請號: 201410032575.1
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103745068A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 李彥斌;費慶國;吳邵慶;姜東;張鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種有限元建模方法，具體涉及一種套筒鉚接結構的有限元建模方法

背景技術

套筒鉚接結構是常用的裝配結構之一，與螺紋緊固件等連接相比，以其經濟實用、裝配效率高和自動化程度高等優點廣泛應用于航空航天、汽車工業、機械制造、家電制造等領域。同時，套筒內外壁間的連接件會顯著影響彈體的力學特性，所以如何準確的模擬這些連接是分析該類結構力學特性的一個關鍵問題。

近年來，隨著計算機性能的提高，數值模擬成為重要的分析手段。傳統的套筒鉚接結構通常采用三維實體單元、梁單元和彈簧單元等來進行有限元建模。若采用鉚釘的三維實體單元模擬具有較好的精度，然而在建模分析中由于單元較多且需考慮接觸等非線性因素的影響，計算量較大，不適合連接較多和自由度較大的結構；若在套筒鉚接結構中采用梁單元與彈簧單元模擬鉚釘不能考慮內外筒之間的接觸力，鉚釘所受的作用力偏大，計算精度不高。所以，對于套筒鉚接結構的有限元建模來說，重在保證有限元建模精度的同時提高分析效率。因此，提出一種簡單易行的套筒鉚接結構的有限元建模方法具有重要的工程應用價值。

發明內容

要解決的技術問題：針對現有技術的不足，本發明提供一種既能夠保證建模精度，又能提高分析效率的套筒鉚接結構的有限元建模方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

1、一種套筒鉚接結構的有限元建模方法，首先建立套筒鉚接結構的3D幾何模型，包括套筒結構的3D幾何模型和套筒結構連接用鉚釘的3D幾何模型，其特征在于：還包括順序執行的以下步驟：

步驟（1）、建立套筒結構中內外筒的有限元模型；

步驟（2）、建立模擬套筒結構中內外筒壁之間接觸力的有限元模型，具體包括順序執行以下步驟：

步驟（2.1）、采用兩列或兩列以上的桿單元建立模擬套筒內外筒壁接觸力的有限元模型，所述桿單元垂直于套筒的內外筒壁；

步驟（2.2）、根據套筒鉚接結構的材料參數確定桿單元的材料與幾何參數，其中桿單元的彈性模量取鉚釘材料彈性模量的10⁵～10¹⁰倍，桿單元的密度取鉚釘材料密度的10^-10～10^-5倍，桿單元的幾何尺寸與鉚釘的幾何尺寸相當；

步驟（3）、建立鉚釘的有限元模型，具體包括順序執行以下步驟：

步驟（3.1）、在鉚釘所在位置建立局部坐標系，設定X向為鉚釘的長度方向，Y向和Z向均為垂直于鉚釘長度的方向，且Y向與Z向相互垂直；

步驟（3.2）、建立鉚釘單元，設定鉚釘單元在X、Y、Z方向以及繞X、Y、Z轉動方向R_X、R_Y、R_Z的剛度為：

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