机械结合部等效材料参数建立与试验

针对目前机械结合部特性研究成果通用性差的问题,提出了一种机械结合部等效材料参数模型。基于GW接触模型和Hertz-Mindilin接触理论,由机械结合部试验获得的结合部单位面积刚度,推导出机械结合部等效材料参数——弹性模量和泊松比。以螺栓连接的机械结构为研究对象,对不同载荷作用下结构变形进行了数值分析,并将分析结果与试验测量结果进行了比较,验证了机械结合部等效材料参数的可行性和准确性。

虚拟功能梯度材料表征栓接结合部动态特性

为提高结合部的建模精度,提出虚拟功能梯度材料法表征栓接结合部的动态特性。首先,利用有限元法仿真栓接结合部在不同预紧力和不同接触区域的受力情况,采用多项式函数拟合出栓接结合部的接触压力分布模型,并根据压力分布规律,提出虚拟材料层的划分准则。然后,探索虚拟功能梯度材料属性(弹性模量、剪切模量、泊松比、密度以及虚拟层厚度)与有效接触区域内接触半径的关联关系,建立栓接结合部虚拟功能梯度材料模型。最终,通过具体算例将栓接结合部划分为2层、3层和4层,并依次确定各层虚拟材料的属性,利用ANSYS有限元中的APDL语言将虚拟功能梯度材料模型与连接结构耦合,建立考虑栓接结合部动态特性的整体结构有限元模型,并进行动态响应分析,将获得整体结构的频响函数与模态试验数据对比分析,发现4层虚拟材料明显与试验结果最为接近,最大误差出现在第2阶固有频率处,误差仅为2.4%。

机床螺栓结合部等效材料法向接触弹性模量的分形模型

根据赫兹接触理论首次提出了单个微凸体的正应力-正应变本构关系,给出了两个微凸体之间互相作用的法向接触弹性模量。考虑表面粗糙度和载荷分布的不均匀性,根据MB模型给出了结合部等效材料的总法向接触条件弹性模量、总条件法向载荷的解析解。在弹性范围内,结合部等效材料的总法向接触弹性模量是以下10个输入参数:两接触表面的2个弹性模量、2个泊松比、表观压应力、表观面积、较软材料的硬度、较软材料的屈服强度、分形粗糙度参数、分形维数的复杂函数。总法向接触弹性模量基本上线性地随总法向表观压应力的增加而增加,还非线性地随分形维数的增加而增加,但非线性地随表面粗糙度的减小而增加。

机械固定结合面刚度特性建模

针对机械结合面G-W接触模型和M-B接触模型存在的不足,基于分形理论,提出一种能描述2粗糙面接触的配对几何粗糙特性的法向刚度力学模型.该模型在几何尺寸上独立,给出了结合面面压与刚度的解析解,能有效求解结合面配对接触的法向刚度.根据应变能相等的原则,把结合面法向刚度和切向刚度折合成连续体的材料属性,建立了描述结合面特性的虚拟材料模型,试验证明了该方法的有效性.

机械结合部动态特性的等效参数研究

为提高机械结构数值分析时结合部动态特性参数的应用简便性,提出一种基于等效参数的机械结合部动态特性分析方法。在通过实验获得具有通用性的结合部单位面积上的法向动态刚度和切向动态刚度的基础上,将单位面积上的结合部等效为各向同性连续介质,基于GW接触模型建立单位面积上的结合部微观形貌和结合部动态刚度变化关系式,根据离散单元应力波传播条件研究结合部单位面积上的法向动态刚度和切向动态刚度之间内在联系,推导出结合部动态特性的等效参数-单位面积上的弹性模量和泊松比,并以螺栓连接的两钢板为对象进行数值分析,将计算结果和试验测量结果进行比较,以验证结合部动态特性等效参数的可行性和准确性,为深入研究机械结合部问题奠定基础。