[发明专利]一种螺栓结合部非线性连接层建模方法

说明书

公开了一种螺栓结合部非线性连接层建模方法，方法中，根据螺栓连接结构的几何参数和材料参数建立有限元模型，所述螺栓连接结构包括螺栓连接件和被连接件；在所述螺栓连接结构的螺栓结合部建立非线性连接层模型，非线性连接层材料定义为Richard‑Abbot本构模型并设置初始材料参数；开展激振器实验，获得正弦激励下所述螺栓连接结构的加速度响应；基于所述加速度响应，非线性参数识别方法识别所述非线性连接层模型的材料参数，基于所述识别后非线性连接层模型的材料参数建立所述螺栓连接结构的动力学模型。

技术领域

本发明属于机械结构动力学的技术领域，特别是一种螺栓结合部非线性连接层建模方法。

背景技术

机械螺栓结合面普遍存在于各类机械装备系统的结构联结部位，其动态参数在很大程度上直接决定着机械装备系统的动态性能。由于影响结合面动态特性的因素和机理较为复杂，结合面在接触过程中的非线性等特点，导致结合面接触理论及其应用的研究进展相对缓慢，长期以来始终是机械动力学领域的研究重点之一。

随着商业有限元软件的不断发展，目前广泛使用有限元法对连接结构的动力学特性进行研究。传统的简化等效建模方法往往是对结合面绑定线性化处理，忽略了结合面非线性特性对动态响应的影响。但是，螺栓连接结合面接触行为是强非线性，因此建立的模型得到的动态行为与实际结构相差较大。因此，建立准确描述螺栓连接结合面特性的动力学简化等效模型，才能得到比较准确的复杂装配体结构的动态响应传递，进而对复杂装配体结构进行动态响应分析以及动态优化设计。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种螺栓结合部非线性连接层建模方法。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种螺栓结合部非线性连接层建模方法包括以下步骤：

根据螺栓连接结构的几何参数和材料参数建立有限元模型，所述螺栓连接结构包括螺栓连接件和被连接件；

在所述螺栓连接结构的螺栓结合部建立非线性连接层模型，非线性连接层的材料定义为Richard-Abbot本构模型，并设置初始材料参数；

开展激振器实验，获得正弦激励下所述螺栓连接结构的加速度响应；

基于所述加速度响应，利用非线性参数识别方法识别所述非线性连接层模型的材料参数，基于所述识别后非线性连接层模型的材料参数建立所述螺栓连接结构的动力学模型。

所述的方法中，Richard-Abbot模型本构关系为：

其中：E_e为弹性模量；E_p为切线模量；S_Y为屈服应力；n为控制应力应变曲线平滑度的形状系数；σ为应力；ε为应变。

所述的方法中，非线性参数识别方法包括：

通过非线性瞬态仿真计算得到螺栓连接结构在不同激振频率正弦载荷下的加速度响应；

根据螺栓连接结构仿真计算得到的加速度响应与激振器实验得到的加速度响应建立目标函数，将非线性连接层的材料参数作为设计变量；

设置约束条件，基于遗传算法对非线性连接层模型的材料参数进行识别；

目标函数满足终止条件后，得到识别后的非线性连接层模型的材料参数。

所述的方法中，所述目标函数为：