[發(fā)明專(zhuān)利]一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111365132.0
• 申請(qǐng)日: 2021-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113901697A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 惠燁;劉奔;李艷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發(fā)明提供一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型及方法，可以在分析建模時(shí)同時(shí)考慮螺栓結(jié)合面及螺栓自身的剛度，并且模擬出結(jié)合部的法向和切向特性之間的相互作用關(guān)系，同時(shí)表示結(jié)合部的切向和法向剛度，從而提高模型分析的精確度。一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型，包括5個(gè)用于描述螺栓結(jié)合部單元特性的等效結(jié)合點(diǎn)，每個(gè)等效結(jié)合點(diǎn)通過(guò)一個(gè)無(wú)質(zhì)量的等效復(fù)合彈簧進(jìn)行等效置換；其中，第一等效復(fù)合彈簧用于等效螺栓本體特性，其余四個(gè)等效復(fù)合彈簧用于等效螺栓結(jié)合面特性，每個(gè)等效復(fù)合彈簧具有三個(gè)自由度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)合部有限元解析領(lǐng)域，具體為一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型及方法。

背景技術(shù)

螺栓連接是機(jī)械各部件連接的主要裝配連接形式之一，各種機(jī)械的零件間通過(guò)大量的螺栓連接結(jié)構(gòu)固定。整機(jī)的剛度是由機(jī)械基本構(gòu)件的剛度和結(jié)合部剛度共同影響的，組成結(jié)合部零件的結(jié)構(gòu)特性及接觸表面層(即結(jié)合面)特性對(duì)結(jié)合部剛度都有很大的影響。結(jié)合面是由不規(guī)則的微凸體組成，承載后微凸體發(fā)生變形,接觸表面層的剛度表現(xiàn)出非線性。在整機(jī)有限元分析中，因螺栓結(jié)合部外載荷和結(jié)合面變形之間的非線性關(guān)系，包含結(jié)合部的模型建模比較困難。有文獻(xiàn)分析研究中對(duì)含有結(jié)合部的結(jié)構(gòu)建模時(shí)不考慮結(jié)合面性質(zhì)，分析的結(jié)果與實(shí)際結(jié)合表面的情況偏差較大。因此，在設(shè)計(jì)階段建立含有結(jié)合面的分析模型對(duì)整機(jī)性能進(jìn)行虛擬樣機(jī)預(yù)測(cè)分析，對(duì)提高整機(jī)分析精度具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)合部的彈簧-阻尼模型可以直觀的表征結(jié)合部靜力學(xué)特性，建模時(shí)在結(jié)合面間加彈簧來(lái)考慮螺栓結(jié)合部影響，現(xiàn)有技術(shù)中包括利用具有不同剛度的多個(gè)非線性彈簧及彈簧單元分別表示在螺栓承受拉伸和壓縮時(shí)的結(jié)合部特性建立分析模型，無(wú)法模擬結(jié)合部的法向和切向特性之間的相互作用關(guān)系。，而且建立含有彈簧的結(jié)合部模型僅考慮用彈簧表征結(jié)合面特性，忽略了螺栓自身的剛度。分析準(zhǔn)確度較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型及方法，可以在分析建模時(shí)同時(shí)考慮螺栓結(jié)合面及螺栓自身的剛度，并且模擬出結(jié)合部的法向和切向特性之間的相互作用關(guān)系，同時(shí)表示結(jié)合部的切向和法向剛度，從而提高模型分析的精確度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型，包括5個(gè)用于描述螺栓結(jié)合部單元特性的等效結(jié)合點(diǎn)，每個(gè)等效結(jié)合點(diǎn)通過(guò)一個(gè)無(wú)質(zhì)量的等效復(fù)合彈簧進(jìn)行等效置換；

其中，第一等效復(fù)合彈簧用于等效螺栓本體特性，其余四個(gè)等效復(fù)合彈簧用于等效螺栓結(jié)合面特性，每個(gè)等效復(fù)合彈簧具有三個(gè)自由度。

優(yōu)選地，所述第一等效復(fù)合彈簧設(shè)置在螺栓結(jié)合部的中心位置或者設(shè)置在螺栓的中心位置，其余四個(gè)等效復(fù)合彈簧均勻分布設(shè)置在螺栓四周。

優(yōu)選地，其余四個(gè)等效復(fù)合彈簧以第一等效復(fù)合彈簧為中心點(diǎn)軸線對(duì)稱(chēng)分布。

優(yōu)選地，所述每個(gè)等效復(fù)合彈簧包括第一自由度正方向的第一切向彈簧，第二自由度正方向的法向彈簧，和第三自由度正方向的第二切向彈簧。

優(yōu)選地，所述第一等效復(fù)合彈簧的剛度等于螺栓本體的剛度，其余四個(gè)等效復(fù)合彈簧的剛度分別等于對(duì)應(yīng)所在結(jié)合面位置處螺栓結(jié)合面的剛度。

一種螺栓結(jié)合部等效彈簧代換方法，包括如下步驟，將一個(gè)螺栓結(jié)合部單元離散為5個(gè)用于描述螺栓結(jié)合部特性的等效結(jié)合點(diǎn)，每個(gè)等效結(jié)合點(diǎn)用一個(gè)無(wú)質(zhì)量的等效復(fù)合彈簧進(jìn)行等效置換；

施加外載荷，根據(jù)載荷和各個(gè)等效結(jié)合點(diǎn)的變形量計(jì)算得到多個(gè)等效復(fù)合彈簧各個(gè)方向的剛度；

建立螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元模型，并輸入螺栓結(jié)合部等效彈簧代換模型中計(jì)算得到的等效復(fù)合彈簧的剛度值，進(jìn)行含有螺栓結(jié)合部特性的螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元分析。

優(yōu)選地，建立以螺栓結(jié)合部中心為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系ΣO，其中第一等效復(fù)合彈簧的坐標(biāo)位置為(0,0,0)。