一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，包括以下步骤：首先，建立螺栓连接结构的3D几何模型，再根据几何参数和材料参数建立螺栓连接结构有限元模型，然后，对螺栓连接结构进行模态试验，获取不同预紧力条件下结构的模态参数；最后，采用不同预紧力情况下的模态参数识别螺栓连接结合面薄层单元各向同性材料参数，获取薄层单元材料参数随预紧力变化曲线。在同类螺栓连接结构的建模过程中，测定螺栓预紧力，即可从曲线中得到与该预紧力对应的结合面薄层单元材料参数，建立准确的动力学模型。本发明专利技术不仅能够满足工程精度要求、而且能提高分析效率，能够有效指导螺栓连接结构的数值分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，具体涉及结合面刚度与预紧力之间关系的确定。
技术介绍
螺栓连接具有易于装配与检修的优点，在机械、土木、航空航天等结构中有广泛应用。螺栓连接的功能是联接和紧固零部件，起到传递力与运动的作用，但连接部位的性能却制约着连接结构整体性能的发挥。尤其是结构运行过程中，螺栓连接的预紧力往往会发生变化，通过数值方法模拟该条件下的力学模型，是准确预测连接结构的力学性能的关键。螺栓连接的特点是通过螺栓将子结构连接组成一体，是结合面固定的一种连接方式，面-面接触是该类结构最重要的特征，由此带来的接触刚度确定就成为螺栓连接动力学分析的核心内容，连接结构的动态分析要远复杂于一般结构。随着商业软件功能的不断加强，目前广泛使用的有限元法对连接的研究来说应是越来越重要的工具，但是连接结构的多样性和自身的复杂性使难以采用通用方法来应对各种螺栓连接的建模。传统上通常采用弹簧单元、梁单元、三维实体建模或解除有限元等方法模拟螺栓连接。其中，考虑接触的三维实体模型能较好的模拟螺栓与被连接件之间的连接，该方法能够较准确的分析连接件内部及其周边结构的变形以及应力特征，且能够考虑表面滑移、接触空隙以及温度效应等对结构力学特性的影响。然而，该方法建模复杂，计算耗时长，尤其针对于实际大型结构，螺栓连接数目庞大，这种方法不能胜任其结构力学分析。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种满足工程精度要求的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，解决工程中螺栓连接结构数值模拟中不便考虑预紧力的技术问题。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，包括以下步骤：步骤1，根据被连接件和螺栓连接件的连接情况建立螺栓连接结构的3D几何模型。步骤2，根据螺栓连接结构的几何参数、材料参数通过步骤1建立的3D几何模型采用实体单元建立螺栓连接结构有限元模型。步骤3，对螺栓连接结构进行模态试验，获取不同预紧力条件下螺栓连接结构的模态参数。步骤4，采用不同预紧力情况下的模态参数识别螺栓连接结合面薄层单元各向同性材料参数，获取薄层单元材料参数随预紧力变化曲线。优选的：所述螺栓连接结构为多螺栓连接结构，由被连接件和螺栓连接件组成。优选的：所述被连接件为两块被连接板，所述被连接板上设置有孔径与螺栓直径相同的螺栓孔。优选的：所述螺栓连接件对被连接件的连接作用通过结合面刚度来等效。优选的：所述有限元模型中结合面采用各向同性材料的薄层单元模拟。优选的：所述采用各向同性材料的薄层单元本构方程为：...

【技术保护点】
一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据被连接件和螺栓连接件的连接情况建立螺栓连接结构的3D几何模型；步骤2，根据螺栓连接结构的几何参数、材料参数通过步骤1建立的3D几何模型采用实体单元建立螺栓连接结构有限元模型；步骤3，对螺栓连接结构进行模态试验，获取不同预紧力条件下螺栓连接结构的模态参数；步骤4，采用不同预紧力情况下的模态参数识别螺栓连接结合面薄层单元各向同性材料参数，获取薄层单元材料参数随预紧力变化曲线。

【技术特征摘要】
1.一种考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据被连接件和螺栓连接件的连接情况建立螺栓连接结构的3D几何模型；步骤2，根据螺栓连接结构的几何参数、材料参数通过步骤1建立的3D几何模型采用实体单元建立螺栓连接结构有限元模型；步骤3，对螺栓连接结构进行模态试验，获取不同预紧力条件下螺栓连接结构的模态参数；步骤4，采用不同预紧力情况下的模态参数识别螺栓连接结合面薄层单元各向同性材料参数，获取薄层单元材料参数随预紧力变化曲线。2.根据权利要求1所述的考虑预紧力的螺栓连接结合面刚度模拟方法，其特征在于：所述螺栓连接结构为多螺栓连接结构，由被连接件...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜东，曹芝腑，费庆国，谭志勇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32