[发明专利]一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法

权利要求书

1.一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

首先求解螺栓连接的时变刚度；

其次将其引入到鼓筒结构的减缩模型；

最后求解系统响应特性，并分析不同螺栓个数、螺栓松动以及转速对螺栓连接结构的时变刚度与系统响应特性的影响；

建模所述减缩模型的具体步骤包括：

利用ANSYS软件的APDL功能建立梁壳和弹簧单元混合建模减缩模型，采用混合单元模拟转轴、鼓筒、平衡盘和中间盘结构，其中转轴采用Beam188单元，鼓筒、平衡盘和中间盘采用Shell181单元，采用弹簧单元，即Matrix27单元模拟所有螺栓结构；

转轴与鼓筒连接处和转轴与平衡盘连接处即梁壳单元连接处采用刚性绑定处理，采用Cerig单元，弹簧单元采用点点接触，即将1个螺栓简化成具有6个方向刚度的2根弹簧，2根弹簧之间的关系是并联关系。

2.根据权利要求1所述的螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法，其特征在于，求解螺栓连接刚度值包括以下步骤：

在ANSYS软件中采用弹簧单元Matrix27模拟鼓筒转子结构中的螺栓连接部分，首先求解6个方向的静刚度值，通过力除以变形得到系统的6个方向的静刚度k_x、k_y、k_z、k_θx、k_θy、k_θz；

为确定弹簧刚度，弹簧单元所需要的6个方向的刚度是螺栓连接结构结合面的界面特性，选取螺栓连接的中间盘鼓结构进行静力学分析，盘鼓与螺栓均采用Solid185单元建模，采用接触单元Conta174与目标单元Targe170建立界面接触，将盘鼓结构一端全约束，另一端施加轴向拉压力F_a，剪切力F_t，弯矩M，扭矩T，进而通过公式k＝F/ΔS，求得螺栓连接刚度K_t；

其中，k_x代表x方向的剪切刚度，大小等于x方向剪力除以横向位移；

k_y代表y方向的剪切刚度，大小等于y方向剪力除以横向位移；

k_z代表z方向的轴向刚度，大小等于z方向拉力除以轴向位移；

k_θx代表x方向的转角刚度，大小等于x方向弯矩除以摆动角度；

k_θy代表x方向的弯矩除以摆动角度，k_θz代表z方向的扭转刚度，大小等于z方向扭矩除以扭转角度。

3.根据权利要求1所述的螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法，其特征在于，

所述Matrix27单元为矩阵单元，该单元有2个节点，每个节点有6个自由度，即沿节点坐标系的3个平动位移自由度和3个转动位移自由度， Matrix27单元定义的所有矩阵均为12×12维，通过设置Matrix27单元的Keyopt定义矩阵为刚度矩阵，通过设置Matrix27单元的常数R定义6个方向的刚度值；

由于螺栓数目共有24个，因此，建立24个Matrix27单元，即在每个螺栓预紧力夹紧区域作用内建立一个Matrix27单元，且每一个Matrix27单元刚度值一致。

4.根据权利要求1所述的螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法，其特征在于，

对于梁壳和弹簧单元混合建模减缩模型，非线性部分是由弹簧时变刚度引入，因此，除弹簧单元以外，其它部分全部采用超单元进行减缩，两种减缩模型采用的减缩方法为模态综合法中的固定界面法，截断阶数为50阶。