基于非均匀分布复弹簧单元的螺栓连接薄板结构动力学有限元建模

在创建螺栓连接结构动力学模型时,如何有效地模拟螺栓影响区对结构动力学特性的贡献至关重要。提出用非均匀分布复弹簧单元来模拟螺栓影响区力学特性,在此基础上针对一种螺栓连接薄板结构建立有限元模型并对其进行线性动力学分析。在确定螺栓影响区面积的基础上,分别假定了三种刚度非均匀分布的复弹簧单元来模拟螺栓结合部的力学特性,并提出用反推辨识技术确定复弹簧单元刚度及阻尼参数的方法。通过自编有限元程序创建了螺栓连接薄板结构线性动力学分析模型,重点描述了将非均匀分布复弹簧单元引入连接薄板动力学方程的方法。最后,以一个具体的螺栓连接薄板结构为对象进行了实例研究,结果表明:用所创建的有限元模型计算获得的固有频率、模态振型以及频响函数值与实测值均较为接近,从而证明了用非均匀分布复弹簧单元模拟螺栓影响区进而实施有限元建模可实现较高的仿真计算精度。

基于虚拟材料复模量非均匀分布的螺栓连接薄板结构半解析建模

基于非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓连接薄板搭接部分的力学特性,其中虚拟材料的材料参数用复模量表示,可直接生成复刚度矩阵以表示搭接部分的刚度及阻尼特性,省却了常规建模中生成结合部阻尼矩阵的步骤,在保证模型精确性的基础上简化了建模流程,以此建立了螺栓连接薄板结构的半解析模型并对其进行了动力学分析.首先描述了建模理念,将虚拟材料分别假定了三种复模量非均匀分布形式模拟螺栓搭接部分的力学特性,提出用反推辨识技术确定虚拟材料储能模量与耗能模量的方法.接着,基于能量法并用正交多项式假定模态,推导了螺栓连接薄板的半解析分析模型,并创新性地给出了求解半解析模型任意锤击点与拾振点处频响函数的公式.最后,以一个具体的螺栓连接薄板结构为对象进行了实例研究,结果表明:用所创建的半解析模型计算出的各阶仿真固有频率与实验测得的各阶固有频率的误差均在5%以内,计算得到的各阶仿真模态振型以及频响函数曲线与实测值均较为接近,从而证明了利用复模量非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓搭接部分可有效简化螺栓结合部建模,亦可达到较高的仿真计算精度.