[发明专利]螺栓连接结合面快速模型修正方法

说明书

本申请涉及一种螺栓连接结合面快速模型修正方法，其包括以下步骤：建立螺栓连接等效有限元模型；有限元模型刚度、质量矩阵分块和拆分；计算结合面约束模态集；计算结合面自由模态集；结合面刚度修正。本申请具有以下可预期的技术效果：基于Ritz方法的快速动力学模型修正方案，在对有限元模型中的等效连接刚度进行修正前，先对被连接件的有限元模型进行凝聚，采用凝聚后的模型进行后续的模型修正，由于凝聚后的动力学模型规模相比原模型大幅降低，最终模型修正的速度也将大幅度提升。

技术领域

本申请涉及螺栓连接结构线性振动分析技术领域，尤其是涉及一种螺栓连接结合面快速模型修正方法。

背景技术

螺栓连接结构是实际工程中最常用的一种连接方式。典型螺栓连接形式如图1所示，螺栓连接结构由第一被连接件101、第二被连接件102和多组螺栓103构成，在螺栓103的连接作用下，螺栓103连接附近、第一被连接件101和第二被连接件102重叠区域称为结合面104。实际上的螺栓连接所表现出的力学行为往往是非常复杂的，螺栓连接往往存在摩擦、间隙、接触、预紧力等复杂的非线性效应。

在进行线性振动分析时，往往要根据螺栓连接特点对其进行针对性的线性化简化，需要对螺栓刚度以及螺栓预紧作用下结合面的接触刚度进行等效，然后采用等效后的模型进行有限元分析，得到等效模型的固有频率等信息，并同结构相关的振动测试结果进行试验-有限元一致分析，根据分析结果对有限元模型中的等效连接刚度进行进一步的修正。

若实际螺栓连接结构较为复杂，则在修正过程通常需要耗费大量时间，故而有待改进。

发明内容

为了改善采用常见有限元分析方法难以修正螺栓连接结构等效后的模型的刚度问题，本申请提供一种螺栓连接结合面快速模型修正方法。

本申请提供一种螺栓连接结合面快速模型修正方法，采用如下的技术方案：

一种螺栓连接结合面快速模型修正方法，包括以下步骤：

步骤1，建立螺栓连接等效有限元模型：以螺栓和螺栓连接附近的结合面区域进行刚度等效建模，其中螺栓采用有限元仿真分析软件中的刚性单元和梁单元进行等效模拟，螺栓连接结合面采用弹簧单元进行等效模拟；

步骤2，有限元模型刚度、质量矩阵分块和拆分：利用有限元模型生成对应的刚度矩阵、质量矩阵，整体模型自由度包括：结合面等效弹簧连接自由度m、其他自由度s，其中其他自由度s包括被连接件除结合面连接自由度以外的自由度以及螺栓等效梁自由度，

整体模型的无阻尼自由振动方程为：

根据自由度划分可以将其写作分块矩阵形式并形成以下方程式：

弹簧单元无质量，因此质量分块矩阵m_mm完全由被连接件贡献，刚度分块矩阵k_mm则由被连接件以及结合面等效弹簧共同贡献，即：

其中由被连接件贡献，由等效结合面弹簧贡献；

将无阻尼自由振动方程写作如下形式:

简写为：

其中：

其中，K₂即为结合面弹簧作用项；

步骤3，计算结合面约束模态集：计算如下广义特征值方程：