螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。     

圆柱共鸣腔力学特性模拟分析

采用ABAQUS有限元软件模拟了圆柱共鸣腔在不同螺栓预紧力下的变形以及共鸣腔的固有频率,实验测量了圆柱共鸣腔的实际固有频率,模拟仿真结果与实验测量结果具有良好的一致性,为下一步壳体振动修正理论模型的建立以及共鸣腔谐振模式的选取提供了基础。     

基于分层理论的螺栓连接夹芯复合材料加筋结构振动特性

针对采用螺栓连接方式固定的夹芯复合材料加筋结构,表层采用分层理论单元、芯层采用体单元,结合有限元方法计算固有频率和振型。通过试验验证,有限元计算结果与试验结果吻合,并得到了在有限元分析中模拟实际结构边界条件的处理方法。试验结果对比表明,与钢制结构相比,夹芯复合材料加筋结构前三阶固有频率提高2倍以上,夹芯复合材料加筋结构能大幅提高整体结构刚度,改善结构的振动特性。      

大型立式电动机特定边界条件下的振动特性仿真与实验研究

考虑大型立式电动机的承载结构特点和机电耦合、电磁耦合作用,应用虚拟样机技术和有限元仿真软件,建立了某大型立式电动机的有限元模型,分析了电机振动变形和结构破坏的分布规律,确定了大型电动机结构变形与破坏的主要形式和部位。研究结果表明,单边磁拉力的不平衡作用是引起大型电机振动的重要激振源,当主波磁场产生的单边磁拉力的频率与电机某阶固有频率接近或者相同时,可能引起相关结构或者整机的强烈振动。同时,地脚螺栓的联接刚度对电机固有频率有较大影响,随着地脚螺栓数量的增加,电机的固有频率随之提高;当地脚螺栓失效时,会使得电机的固有频率降低,从而可能更加容易引起电机生产剧烈振动或者共振。     

考虑紧固螺栓的三排滚柱式转盘轴承载荷分布计算

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响,提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先,基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况,建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型,并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑,采用非线性弹簧单元模拟滚子,通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后,设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验,通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后,基于构建的有限元模型,分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著,而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱,其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大,下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小;在轴向力和倾覆力矩的联合作用下,三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子,充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力,而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷,导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。     

考虑预紧力与阀杆力的电动截止阀体应力分析

建立了有预紧力的截止阀有限元计算模型，阐述了预紧力单元的原理及分析方法，利用ANSYS程序对截止阀在考虑和不考虑螺栓预紧力及阀杆闭合力作用下的应力进行了计算。结果表明，法兰螺栓预紧力及阀杆闭合力对阀体应力的影响不可忽略。     

Effect of Fastener Preload on Structural Damping

This paper presents results from an extensive set of frequency response measurements from a simple plate structure with a single bolt lap joint. The frequency response measurements are obtained from modal impact tests. Both damping ratios and natural frequencies are found to remain fairly constant for medium to high levels of bolt preload. At low levels of preload, damping ratios increase significantly by 25–75%, whereas natural frequencies decrease by only 1–2%. These results identify the monitoring of vibration damping as a means for detecting low preload and fastener loosening. Comparative tests with monolithic plate structures show the introduction of a single bolt lap joint results in an increase in damping and a decrease in frequency for the first three modes of vibration. Similar results are found for steel and aluminum plate materials with grade 5 and 8 fasteners.     

车用永磁同步电机电磁噪声分析研究

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,从作用于电机定子表面的电磁力波和电机定子结构的动态特性两个方面对电动汽车驱动用永磁同步电机空载工况的电磁噪声展开研究.通过研究永磁同步电机产生电磁力波的机理,推导了空载工况电磁力波的解析分析方法,结合电磁仿真的手段,精确计算了电机在空载工况下电磁力波的波次、频率和幅值;通过建立电机定子结构的有限元仿真模型及有限元模态仿真计算,得到了定子结构的模态频率和振型.发现：电机定子结构的前6阶模态频率较低,电机空载工况在调速过程中所激发的电磁力容易引起电机定子结构的共振.该研究为电动汽车驱动用永磁同步电机的减振降噪提供了指导.     

Modal Experiments and Finite Element Analysis of the Bolted Structure Considering Interface Stiffness and Prtension

It is particularly important to evaluate natural frequencies and natural modes of the structure of bolted joints to avoid the failures of the structure due to the resonance.The vibration characteristics of bolted structures are closely connected to surface roughness of contact interfaces,the magnitude of pretension of the bolts and the number of clamping bolts.In this paper,the effect of the factors above on the natural frequencies of bolted structures is systematically investigated by experiments.Then,the finite element method is applied to analyze the effect.Finally,the numerical method is validated by experimental measurements of the natural frequencies.     

填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配结构力学性能的影响

碳纤维/环氧树脂复合材料和铝合金作为主要的航空材料，在飞机结构中存在着大量装配关系，但受成型工艺方法的限制，两种材料在制造和装配偏差的情况下，构件配合面间会产生装配间隙，当间隙超过一定大小时，需要采取填隙补偿措施。本研究基于实际结构抽象出碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配模型，使用装配试验台模拟施加螺栓预紧力，通过应变片实验比较强迫装配及垫片补偿情况下试件局部表面的应变分布，结合三维数字图像相关(3D-DIC)实验测得的试件表面应变场分析变形规律；通过有限元进行层间应力分析，提取内聚力单元各应力分量和损伤情况，研究填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料层间应力和局部损伤的影响。结合实验和仿真分析结果表明:强迫装配时，碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件主要受弯曲变形和螺栓头挤压的影响，且随着装配间隙的增大，各应变值均增大；垫片补偿在改善弯曲变形引起的应变状态的同时，也使中间贴合部位的螺栓头挤压区应变增大，但总体而言，垫片的引入使碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件表面应变分布趋于均匀，降低了碳纤维/环氧树脂复合材料损伤情况，且液体垫片补偿效果略好于可剥垫片。      

Dynamic responses of connections in road safety barriers

Bolted road safety barrier connections utilise slotted holes that are perpendicular to the direction of the safety barrier beam. Due to the clearance between the slotted holes and the bolts, a varying amount of slippage is seen before contact with the edge of the slot is made. The stiffness characteristics of bolted road safety barrier connections have been examined with a representative test coupon that incorporates a full size safety barrier connection slot to industry standard dimensions.Previous research work has successfully determined the stiffness characteristics of the bolted connections at quasi-static strain rates. Representative non-linear finite element models of the bolted test coupons have been constructed. When compared to the laboratory results the initial stiffness, maximum force and displacement of the bolted connections are similar to the finite element model predictions.Current investigations have moved onto strain rates comparable to those observed in actual vehicle crash tests. Explicit dynamic finite element (FE) models have been constructed and validated, using experimental data produced using a series of high strain rate laboratory tests for a number of bolt configurations.     

非线性间隙杆单元的特性及其迭代算法

螺栓与栓孔之间间隙引起的非弹性变形是栓接结构产生挠度的一个重要原因.该文根据有限元的基本方法,建立了有间隙拉压杆单元,能够模拟有间隙栓接结构的力学行为,并准确计算出连接节点处间隙引起的结构的非弹性变形,并针对间隙单元的特点提出了基于剩余荷载系数增量理论的迭代求解方法.该文提出的计算方法为贵州省正安县桑坝大桥施工过程中拱...     

考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究

基于弹塑性理论对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,根据受力和变形关系得到了不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度。将微元体界面接触刚度与宏观结构应力分析结果相结合,给出了考虑接触刚度的组合结构动力特性研究方法,分析了压气段轮盘接触刚度对某重型燃气轮机拉杆转子固有振动频率的影响。结果表明,界面接触刚度导致转子固有频率降低,随着接触刚度的增加,其对固有频率的影响逐渐减小。接触刚度对转子各阶固有频率的影响不同,法向刚度对第一阶弯曲频率影响较大,切向刚度对第二阶弯曲频率影响较大。     

Research on Loose Reason of Fixing Bolt of Step Connector based on Finite Element Analysis

There are two connection modes between escalator step and step drive chain of outer roller, connector type A and type B. Connector type B after a period of running was found that the fixing bolt on the connector has loosened, which causes safety risks. In order to eliminate this security issue, the finite element modeling is proposed to analyze the relationship between the force generated by the connector type A or type B during the step band running and the assembly clearance or the assembly mode. So as to find out the root cause of fixing bolt loosening phenomenon, by redesigning the assembly clearance between the connector shaft and the chain hole, the fixing bolt of the connector is prevented from loosening during the step band running, ensuring the safe operation of escalators to avoid injury accidents.     

液体垫片对复合材料装配结构应力和应变的影响

复合材料较复杂的成型工艺导致其构件的制造精度偏低。装配时,偏差会使配合面间产生装配间隙,当间隙超过一定的大小时,需要采取补偿措施,即用垫片填补间隙。基于一种简化装配模型,通过实验和有限元分析方法,研究了液体垫片对复合材料装配结构应力和应变的影响。通过比较强迫装配和液体垫片补偿两种情况下施加螺栓预紧力时构件表面的应变,分析了复合材料构件的变形。进行应力分析时,通过提取单元积分点应力分量计算构件的安全裕度,研究液体垫片对复合材料装配结构应力的影响。得出如下结论：强迫装配时,处在装配间隙边缘的区域受间隙影响相对严重,该区域发生较大的弯曲变形,构件中间部分由于局部贴合反而使装配间隙的影响相对较小;液体垫片在改善间隙边缘危险区应变状态的同时,也使构件中间贴合部位的螺栓头挤压区和部分非挤压区的应变增大,但总体而言,液体垫片的引入使应变分布趋于均匀;当装配间隙大于0.7 mm后,液体垫片补偿对于构件安全裕度的提升作用明显下降。     

控制点选择对试件振动试验响应结果的影响

以某仪表板模拟件为例,通过选取不同控制点对其进行随机振动试验,研究了控制点对该模拟件试验结果的影响。结果表明,对于仪表板等薄板状螺栓连接结构,由于自身弯曲刚度较低,在工作频率范围内极易发生共振,同时受到螺栓连接刚度的影响,使得不同控制点作用下结构的识别共振频率、响应峰值以及加速度均方根值等响应特性存在较大差异,而且个别控制点会出现控制超差现象,结合有限元计算可知,超差出现的主要原因是由于模拟件在超差频段存在较强的共振模态以及本身结构品质因子太大所致。合理选择控制点对于正确认识结构动态特性具有重要意义。     

大跨铁路斜拉桥模态特性研究

建立了大跨铁路斜拉桥的三维有限元整桥模型。利用子空间迭代法求解无阻尼自由振动的特征方程。分析计算了整桥频率和有车频率及其振型的变化趋势,模拟计算结果显示各阶有车整桥频率低于相应的无车整桥频率,并且振型也由整桥无车时,垂直面与水平面两个独立平面的振动,演变成有车时,竖向挠曲与横向弯扭的空间藕合,研究了不同停车位置和不同列车长度对斜拉桥的自振频率的影响,随着停车位置的变化,有车整桥频率发生波动,列车进桥、出桥时,整桥频率分别单调下降、上升;列车停于桥中和桥塔处,整桥频率出现驻值点,随着拖车数目的变化,有车整桥频率亦发生变化,一般趋势是:随着拖车数目的增加各阶有车整桥频率将会降低,而其变化趋势不受拖车数目影响。     

内外双转子系统的支撑轴承的不对中分析

针对航空发动机内外双转子系统不对中问题,以某航空发动机转子系统为对象,运用转子动力学有限元分析方法,给出内外双转子系统中介轴承的处理方法,建立内外双转子系统动力学模型。通过数值计算,得到该双转子系统的固有频率和振型,对比分析考虑外转子(高压转子)支撑轴承不对中的转子振动响应。     

拉剪组合作用下平齐端板节点火灾行为的有限元分析

常温竖向荷载作用下平齐端板节点以承受剪力为主,高温下的大变形导致梁内产生巨大的悬链拉力,节点通常在拉剪共同作用下发生破坏。采用通用有限元软件ABAQUS建立平齐端板节点的三维实体分析模型,考虑材料的非线性及节点大变形的影响,模型建立了各部件间显式的接触关系。采用试验结果对模型进行验证分析,结果表明有限元方法可以准确地模拟出节点受力及变形,同时可以方便地得到节点整个破坏过程。螺栓受力分析表明,螺栓剪力越大则其极限抗拉承载力越小。对节点进行不同荷载组合的参数分析的结果表明:节点的临界温度随着拉力或剪力的增加而降低,且剪力的影响更为显著;在所研究的参数范围内,抗拉与抗剪相关承载力基本呈负的线性关系;增加端板厚度可以有效提高节点抗拉及抗剪承载力。     

含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构滞回性能研究

为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能,利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型,对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构,验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型,分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明:HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量,其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性;随着耗能梁段长度比的增加,结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低,耗能梁段超强系数减小,建议耗能梁段长度比取0.84~1.40;双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中;改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小;减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前,对结构刚度和承载力影响较小;减小加固板厚度会增加连接变形,降低耗能梁段的塑性变形程度。