[发明专利]一种几何模型力学性能分析方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及有限元模型力学分析领域，特别是一种几何模型力学性能分析方法及装置。

背景技术

有限元是60年代初期随着电子计算机的发展而发展起来的一门新的数值计算方法。它在数值分析方法研究领城内具有重大突破性的进展。它的数学逻辑严谨、物理概念清晰、易于理解和掌握、应用范围广泛，能够灵活地处理和求解各种复杂问题，特别是它采用矩阵形式表达基本公式，便于运用计算机编程运算，这些优点赋予了有限单元法强大的生命力。

有限元首先应用于航空工程.由于其方法的有效性，迅速被推广应用于造船、机械、动力、建筑和核子等工业部门。并从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学和振动学等领域。

随着有限元法的广泛应用，各个领域有限元模型的构建也广泛展开，各种机构与组件的构建方法不一致。螺纹联接在机械行业各领域的结构中使用频率非常高，在有限元模型中，对螺纹联接结合面的处理方法的研究也很多；通常是按照实际尺寸做出螺栓的模型，用连续介质单元进行网络划分，虽然可以得到较准确的有限元模型与较精确的应力、应变分布，但是具有自由度多，建模时间长，计算时间过多的缺点，模型复杂程度大大增加，甚至会导致算例无法求解。

按照实际尺寸做出螺栓的模型做分析时一般采用温度载荷法、预应力单元法、等效载荷法。

温度载荷法是一种广泛使用的预应力模拟方法。它的基本思想是：把预紧载荷换算成对应的温度梯度载荷，加载在螺栓单元上。若采用实体单元模拟螺栓，温度载荷可加载在螺帽和螺母之间的螺栓光杆部分。螺栓在热载荷作用下产生收缩变形，使得螺帽和法兰、螺母和法兰以及法兰和法兰之间发生接触挤压，这与实际螺栓的预紧行为相类似，因此可以通过温度载荷与预紧力等效的方法获得希望的初应力状态。

预应力单元法在螺杆中添加预应力单元，通过预应力单元来模拟螺杆的预应力效果，达到模拟螺纹紧固的作用。参见图1所示，A为螺纹联接的结合面。

等效外载法是一种较为直观的螺栓预紧力模拟方法。它的基本思想是：将预紧力转化为对应的外载荷直接施加在螺栓不同部分上。建模时主要有两种方法。一种是在螺栓端部上施加拉力，在螺母上施加大小相等、方向相反的压力。另一种方法是将螺栓切为两部分，分别在两个切面上施加大小相等、方向相反的拉力载荷。载荷的大小等同于螺栓上的预紧力。

现有的方法具有模型复杂，自由度多，建模时间长，计算时间过长的缺点。过多的使用传统方法处理螺纹联接结合面，不但会增加模型的复杂性，甚至会导致算例无法求解。

发明内容

本发明提供一种几何模型力学性能分析方法及装置，用以提高性能分析速度。

本发明提供的一种几何模型力学性能分析方法，包括：

确定待分析几何模型中联接件和被联接件的应力锥理论面；

根据联接件和被联接件的螺纹联接装配结合面和所述应力锥理论面，确定螺纹实际结合面的区域；

针对所述螺纹实际结合面的区域，建立有限元模型；

对所述有限元模型进行静态分析得到该有限元模型的力学性能状态信息，其中，在分析过程中的分析对象不包括螺纹联接的螺纹组件特征。

本发明提供的一种几何模型力学性能分析装置，包括：

控制单元，用于确定待分析几何模型中联接件和被联接件的应力锥理论面；根据联接件和被联接件的螺纹联接装配结合面和所述应力锥理论面，确定螺纹实际结合面的区域；

有限元模型建立单元，用于针对所述螺纹实际结合面的区域，建立有限元模型；

分析单元，用于对所述有限元模型进行静态分析得到该有限元模型的力学性能状态信息，其中，在分析过程中的分析对象不包括螺纹联接的螺纹组件特征。

本发明方案中，对所述有限元模型进行静态分析得到该有限元模型的力学性能状态信息，其中，在分析过程中的分析对象不包括螺纹联接的螺纹组件特征当螺纹联接结合面在有限元分析项目中属于非主要研究对象时，可以起到有效、快速模拟螺纹联接结合面，并进行力学性能分析的特点。使用该方法进行装配体力学性能分析，该方法简单、有效。

附图说明

图1为螺纹联接的结合面示意图；

图2a和图2b为应力锥及产生范围直径的两种示意图；

图3a为第一原始模型；图3b为第一原始模型应力锥理论面示意图；图3c为第一原始模型装配结合面示意图；图3d为第一原始模型的实际结合面示意图；

图4a为第二原始模型；图4b为第二原始模型装配结合面示意图；图4c为第二原始模型的实际结合面示意图；