[發(fā)明專利]一種考慮連接非線性的螺栓連接等效建模方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810868647.4 | 申請日： | 2018-08-02 |
| 公開（公告）號： | CN109002635B | 公開（公告）日： | 2019-04-30 |
| 發(fā)明（設計）人： | 費慶國;王旻睿;姜東;朱銳;曹芝腑;董萼良 | 申請（專利權(quán)）人： | 東南大學 |
| 主分類號： | G06F17/50 | 分類號： | G06F17/50;G06T17/20 |
| 代理公司： | 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204 | 代理人： | 徐瑩 |
| 地址： | 211102 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 螺栓 材料屬性 螺栓連接 賦予 等效建模 網(wǎng)格 隨動 二次開發(fā)接口 強化塑性材料 非線性連接 非線性特征 非線性滯回 分析對象 幾何特征 計算操作 力學關(guān)系 連接部位 模塊定義 強化材料 軟件提供 三維實體 大載荷 彈塑性 自定義 滑移 建模 商用 變形 取出 分析 | ||
本發(fā)明提供了一種考慮連接非線性的螺栓連接等效建模方法，根據(jù)待分析對象的幾何特征建立三維實體網(wǎng)格，確定螺栓所在位置需要賦予螺栓連接非線性特征的單元，定義基于Iwan模型的彈塑性隨動強化材料，在有限元軟件中，使用自定義本構(gòu)的相關(guān)模塊定義該材料，得到可使用的材料屬性，取出螺栓所在位置希望賦予非線性連接特性的網(wǎng)格，賦予所定義的材料屬性，其他部分仍賦予原定的材料屬性，根據(jù)實際分析需求進行有限元計算。本發(fā)明基于Iwan模型力學關(guān)系，通過商用有限元軟件提供的二次開發(fā)接口定義基于Iwan模型的隨動強化塑性材料本構(gòu)，再將該材料賦予連接部位單元以實現(xiàn)連接非線性滯回特性簡化建模。本發(fā)明方法能夠適用于螺栓承受較大載荷、變形等出現(xiàn)界面微滑移狀態(tài)，計算操作簡便。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種非線性連接的螺栓，具體涉及一種考慮連接非線性的螺栓連接等效建模方法。
背景技術(shù)
對大型、復雜結(jié)構(gòu)進行靜、動力學分析一般需要通過有限元方法，即利用商用有限元軟件完成，如ABAQUS、ANSYS、Nastran等。進行有限元分析時，如果沒有具體分析螺栓力學特性的必要，則往往將螺栓連接部分簡化為線性單元(如單向彈簧、多向彈簧、薄層單元等)，以減少有限元分析的計算壓力。
螺栓連接部位具有復雜的摩擦接觸關(guān)系，因此具有很強的非線性特征。線性的簡化方法參數(shù)少、關(guān)系簡單且操作簡便，可以通過參數(shù)修正等方法達到一定精度。但這些特點也使得該方法難以在需要考慮螺栓連接受較大荷載、力-位移關(guān)系產(chǎn)生顯著的非線性的情況下應用。
現(xiàn)有文獻中已提出了多種考慮螺栓連接非線性的簡化建模方法，其中比較著名的為基于Iwan模型的有限元模擬方法。在應用這些建模方法時，這些文獻往往選擇通過數(shù)值計算、自行編寫有限元計算程序等方法實現(xiàn)，目前缺乏一種簡便易行、且適用于商業(yè)有限元軟件分析的建模方法，也就無法將非線性建模方法從概念推廣到復雜實際結(jié)構(gòu)分析中。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種考慮連接非線性的螺栓連接等效建模方法，可通過商用有限元軟件(如ABAQUS、ANSYS、Nastran)實現(xiàn)對螺栓連接結(jié)構(gòu)的非線性有限元分析，計算效率和計算精度高。
技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種考慮連接非線性的螺栓連接等效建模方法，包括以下步驟：
(1)根據(jù)待分析對象的幾何特征建立三維實體網(wǎng)格；
(2)確定螺栓所在位置需要賦予螺栓連接非線性特征的單元；
(3)定義基于Iwan模型的彈塑性隨動強化材料；
(4)在所用的有限元軟件中，使用自定義本構(gòu)的相關(guān)模塊，定義步驟(3)的材料，得到可使用的材料屬性；
(5)取出螺栓所在位置希望賦予非線性連接特性的網(wǎng)格，薄層或一般實體單元均可，賦予步驟(4)所定義的材料屬性，其他部分仍賦予原定的材料屬性；
(6)根據(jù)實際分析需求進行有限元計算。
進一步，步驟(3)包括以下步驟：
(31)將Iwan模型的力-位移關(guān)系式前段近似線性的部分改寫為線性形式；
(32)將Iwan模型的力-位移關(guān)系式轉(zhuǎn)化為應力-應變關(guān)系式；
(33)利用彈塑性隨動強化材料本構(gòu)關(guān)系，求解各參數(shù)并帶入本構(gòu)關(guān)系方程，得到的最終表達式即為基于Iwan模型的彈塑性隨動強化材料。
進一步，步驟(31)力-位移關(guān)系式如下：
其中，x為位移，F(xiàn)(x)為受力，K為受力方向剛度，α為完全滑移后的殘余剛度，fq為完全進入滑移時對應拉力類比為屈服拉力，xs＝2fq/K為力-位移關(guān)系轉(zhuǎn)捩點；
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