[发明专利]计及弯矩影响的结合面有限元建模方法及实验验证装置

摘要

本发明提供一种计及弯矩影响的结合面有限元建模方法及实验验证装置，主要解决承受正向力、切向力和弯矩组合作用的结合面有限元建模问题。其特征在于：在矩形上接触面各顶点建立硬点i(i＝1,2,…,4)，并将其分成面积相等的4个小矩形，在各小矩形对角线交点建立硬点i′。采用MASS21单元划分网格，分别用BEAM188和COMBIN14单元顺次连接硬点i和i′点，形成回字形结合面模型，并通过Couple DOF操作将硬点i和i′所有自由度耦合。下接触面按相同方式处理。最后用COMBIN14单元连接上、下接触面对应硬点。该方法及实验验证装置可模拟承受正向力和弯矩组合作用的结合面特性，克服了传统方法只考虑正向力和切向力的缺点。

主权项

一种计及弯矩影响的结合面有限元建模方法，其特征在于：分别在矩形的上、下接触面的各端点处建立硬点i，并分别将上、下接触面分成面积相等的4个小矩形，在各小矩形对角线的交点处建立硬点i′，通过自由度耦合技术将i和i′的自由度全部耦合起来，不布置任何单元，在其余各处布置相应类型的单元，模拟结合面或相对移动或相对弯曲运动；该方法具体步骤如下：a)矩形上接触面建模：在矩形上接触面各端点处建立硬点i(i＝1,2,…,4)，并将矩形上接触面分成面积相等的4个小矩形，在各小矩形对角线交点处建立硬点i′(i＝1,2,…,4),将上述（1）、（2）、（3）、（4）、（1′）、（2′）、（3′）、（4′）8个硬点采用MASS21单元划分网格，同时设定单元的实常数非常小；采用BEAM188单元将矩形上接触面各端点处的硬点按（1）→（2）→（3）→（4）→（1）的顺序依次连接起来，采用COMBIN14单元将小矩形对角线交点处的硬点按(1′)→(2′)→(3′)→(4′)→(1′)的顺序依次连接起来，形成回字形结合面模型，并将同一个小矩形内的两个硬点i(i＝1,2,3,4)和i′(i＝1,2,3,4)采用Couple DOF操作将其所有自由度耦合起来；b）矩形下接触面建模：在矩形下接触面各端点处建立硬点i(i＝5,6,…,8)，并将矩形下接触面分成面积相等的4个小矩形，在各小矩形对角线交点处建立硬点i′(i＝5,6,…,8),将上述（5）、（6）、（7）、（8）、（5′）、（6′）、（7′）、（8′）8个硬点采用MASS21单元划分网格，同时设定单元的实常数非常小；采用BEAM188单元将矩形下接触面各端点处的硬点按（5）→（6）→（7）→（8）→（5）的顺序依次连接起来，采用COMBIN14 单元将小矩形对角线交点处的硬点按(5′)→(6′)→(7′)→(8′)→(5′)的顺序依次连接起来，形成回字形结合面模型，并将同一个小矩形内的两个硬点i(i＝5,6,7,8)和i′(i＝5,6,7,8)采用Couple DOF操作将其所有自由度耦合起来；c)矩形上、下接触面模型的建立：将上、下接触面对应的硬点（1）与（5）、（2）与（6）、（3）与（7）、（4）与（8）以及（1′）与（5′）、（2′）与（6′）、（3′）与（7′）、（4′）与（8′）采用COMBIN14单元连接起来，最终形成计及弯矩影响的结合面模型。