典型机械连接结构有限元建模与实验验证研究

• 作 者: 迟秀
• 出 处: 南京理工大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 有限元 板 梁 机械连接 模态分析 模型修正

本文以某重点课题为研究背景,采用理论分析、数值计算和实验测试相结合的方法,对典型机械连接结构的建模理论与方法进行探讨研究,主要内容包括：(1)对经典的结构模态分析理论进行对比分析,重点阐述粘性阻尼和结构阻尼系统的模态分析理论,在此基础上分析了焊接、螺接、铆接等典型连接的机械力学特性,以及在工程领域中对这些连接结构的处理经验,借助于ANSYS软件建立典型机械连接结构的有限元模型。焊接建模时分别采用整体建模(忽略焊缝)、MPC约束模拟焊接关系、实体单元处理焊接处三种方法；采用梁单元、实体单元以及耦合节点法模拟螺栓连接；采用梁单元、弹簧单元、以及刚性连接来模拟铆接。利用三种建模方法对上述三种连接方式连接的铝合金‘I’型、‘T’型、‘十’型板件结构的固有振动频率和振型进行了数值计算,通过对比分析,发现采用不同的模拟方法对焊接和螺栓连接结构的模态计算结果影响不明显,但对铆接的计算结果影响较明显。此外,还建立了‘T’型钢质悬臂梁和简支梁的有限元模型,研究了固支端螺栓连接和简支端销轴连接的不同模拟方法对结构模态计算结果的影响。(2)根据模态分析和测试实验技术,结合实验室现有实验条件,建立了锤击法模态测试实验系统。利用该系统分别对不同连接结构的铝合金板结构和钢质梁结构进行了模态特性测试研究,每种工况同时进行三组测试,得出了所有试件在Z向的自由振动固有频率和振型,将测试结果的平均值与理论计算结果进行对比分析,对各种建模方法的准确程度进行了评估。(3)通过选取修正参数、状态变量和约束条件,建立了基于设计参数修改的结构有限元修正模型,根据计算频率与测试频率之间的误差大小,对螺栓连接、铆接、简支、悬臂等结构有限元模型的设计参数进行了修正研究。本文取得的典型机械连接结构的建模处理研究成果对机械结构的精细化建模具有较好的借鉴作用。