连接界面黏滑摩擦模型参数辨识研究

连接界面的非线性黏滑摩擦行为对结构的动力学响应有重要影响。基于描述界面多尺度黏滑摩擦行为的Iwan模型建模连接刚度和阻尼的非线性特性,利用连接结构的幅变非线性动力响应时程信息,提取响应包络作为特征参量,构造用于模型参数辨识的多层前馈神经网络,并分别以含非线性连接的集总参数系统和螺栓搭接梁结构为对象,进行数值和实验验证。结果表明,该方法所提取的特征量和构造的神经网络能够有效地应用于连接界面非线性黏滑摩擦模型参数的辨识,且具有简单、精度高和对噪声有一定鲁棒性的优点。     

螺栓接头界面迟滞行为分析

切向载荷作用下,螺栓接头界面随切向位移增大表现出明显的变阻尼和刚度软化特性。为有效表示接头界面的迟滞特性,旨在研究一种新的螺栓接头界面建模方法。基于Iwan模型,将预紧力产生在接头界面的正压力转换成切向力的均匀密度函数,建立螺栓接头界面的切向加载曲线与非线性迟滞回线理论模型。通过与原有的实验结果比较,验证了加载曲线与迟滞回线的正确性,并探讨了不同参数对迟滞回线的影响。结果表明,临界切向位移、初始刚度对迟滞回线的变化影响较为明显,残余刚度对迟滞行为影响主要体现在宏观滑移阶段。该模型可以有效地表达螺栓连接的复杂非线性特征,准确再现结合面的迟滞现象以及刚度软化现象。     

复合材料螺栓连接的强度预测与失效分析研究

采用APDL二次开发语言,建立了多层复合材料层合板螺栓连接的三维有限元模型,应用牛顿-拉普森非线性迭代算法,对多层复合材料层合板的螺栓连接模型的失效分析进行了研究,并对其最终失效进行了预测。分析计算得出层合板的铺层顺序不同,几何尺寸不同,螺栓连接结构的失效形式就不相同。在一定的程度上,采用合理的铺层顺序,可以优化载荷分配,提高连接效率。     

基于修正Iwan模型的螺栓结合面非线性建模研究

准确建立高保真的螺栓结合面非线性力学模型是分析高端装备的前提和基础。针对螺栓结合面的迟滞非线性力学问题,提出了一种修正Iwan模型的力学建模方法,使得传统唯象的Iwan模型各参数物理意义更加明确。首先,根据多尺度理论和数理统计方法,建立了具有连续光滑接触特性的结合面法向接触模型;然后,通过考虑动态和静态摩擦因数的差异并利用库仑摩擦定律,将修正后的Iwan唯象模型与具体的法向接触模型联系起来,提出了新的螺栓结合面切向响应模型;最后,基于Matlab仿真和已有的试验数据,验证了所建模型的正确性,并探究了加载条件、塑性指数和动静摩擦因数比对结合面接触特性的影响。研究表明：一个周期加、卸载的能量耗散是随着位移幅值的增加而递增;相比于塑性指数,动静摩擦因数比的改变对结合面切向载荷的影响更为显著,在后续研究中需重点考虑;微凸体临界滑移力分布受其他因素的影响主要体现在接触微凸体的数目、峰值点的位置以及曲线收敛速度的改变。     

螺栓连接结构的一种简化数值模拟方法

螺栓连接广泛存在于航空、航天以及武器等工程实际结构中。对剪切式8.8级准6螺栓螺栓连接结构,利用50t结构试验机,研究一种典型螺栓连接结构的非线性静力学行为。实验设计了整体对比试验件、研究型试验件,其中整体对比试验件用于分析、量化试验及材料性能的分散性及消除端部效应,研究型试验件用于研究螺栓连接结构的非线性静力学行为及非线性力-位移内蕴关系。通过实验研究,初步建立剪切式螺栓连接件唯象等效模型,将获得该模型推广应用至一种典型螺栓连接结构的连接单元简化数值模型。最后,将螺栓连接结构简化计算结果同试验、精细模型结果进行了对比分析,验证了使用连接单元对螺栓连接结构进行简化有限元数值模拟的有效性。     

螺栓连接悬臂梁超谐响应特性试验研究

针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式,采用单螺栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备,结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下,第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小,结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励,系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下,非线性项中二次项对结构响应起主要作用;在较高预紧下,非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。     

低预紧扭矩螺栓连接悬臂梁的2倍谐振响应

为准确获得光电设备中螺栓连接对系统结构动态响应特性的影响,研究了装配连接环节导致的非线性振动特性。采用单螺对栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行了研究和实验。利用接触有限元方法对低预紧扭矩下结构非线性振动特性进行了时域数值积分仿真分析,给出了不同激励量级周期受迫激励下的相轨迹曲线;结合快速傅里叶分析方法,指出此模型在低预紧扭矩下存在1/2频率激励下的谐振现象。基于激振器实验,给出了实验自由振动响应幅值和受迫振动响应幅值的变化,证实了仿真结果的准确性。数值仿真和激振器实验均表明:激励量级越大,螺栓连接引起的非线性振动中自由振动分量对结构动态响应的影响越大。该方法对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有指导意义。     

螺栓连接界面非线性建模及其参数辨识方法研究

螺栓连接是一种在机械结构中应用极其广泛的连接形式,由于连接界面上存在多种非线性特征,对连接结构的刚度和阻尼具有重要的影响,并进一步导致其动力学特性的非线性变化.建立了螺栓连接界面的非线性模型,并提出了一种基于准静态试验的模型参数辨识方法.首先,在模型中考虑了沿界面法向的非线性接触刚度以及界面上粘滞、滑移、间歇性分离等多种接触状态的存在.进一步,通过准静态试验获得了连接界面的滞回曲线以及拉压变形曲线,对所提出的辨识方法进行了实例应用.结果表明理论与试验的曲线结果具有较好的一致性,该辨识方法具有较高的准确性.该方法能够再现连接界面间复杂非线性特征且具备可识别便于使用的特点,对于螺栓连接结构的动静态特性仿真计算具有重要意义.     

基于等效接触区域的螺栓连接结构模态分析

螺栓连接的动力特性将直接影响到结构在振动环境下的响应。首先,分析了螺栓连接件在预紧力作用下接触面连接区域的范围;然后,通过有限元非线性静力分析方法,建立了预紧力作用下螺栓连接的有限元模型,取得了预紧力作用下螺栓连接的最大应力作用区域,定义该作用区域为螺栓连接的等效接触区域,将等效接触区域粘接起来模拟螺栓连接的连接区域,从而将螺栓连接的非线性问题转化为线性问题;进而,对等效接触模型和"刚化"模型进行了有限元模态分析,得到了两种模型的动力特性。最后,将有限元模态分析得到的结果和试验模态分析的结果进行了比对,验证了等效接触模型的正确性。     

连接结构宏观滑移能量耗散特性研究

Iwan模型常用于描述连接结构的能量耗散与阻尼特性。基于六参数Iwan模型,推导得到宏观滑移阶段能量耗散-加载力幅值的解析表达式。提出基于螺栓连接结构宏观滑移试验的参数辨识方法,对六参数Iwan模型进行辨识。将连续的六参数Iwan模型离散为有限个Jenkins单元并开展有限元数值计算。结果表明,六参数Iwan模型解析解与螺栓连接结构试验结果符合较好;由于宏观滑移阶段接触界面存在残余刚度,螺栓连接结构在宏观滑移阶段的能量耗散-加载力幅值关系为线性关系;在宏观滑移阶段,有限元数值计算结果与解析解符合较好。六参数Iwan模型能够准确描述宏观滑移阶段螺栓连接结构能量耗散特性。     

螺栓法兰连接系统应力强度的研究

螺栓、法兰、垫片连接系统中各元件的应力大小和分布情况,是影响连接系统密封性能的主要因素。将非金属垫片的非线性性能及螺栓、法兰、垫片之间的变形协调关系考虑进去,建立了整个螺栓、法兰、垫片连接系统的有限元模型;研究在螺栓的预紧应力和连接系统的内压载荷作用下,螺栓、法兰、垫片的应力大小和分布情况,为定量研究接头的泄漏奠定基础。     

磁浮车辆悬浮架托臂连接螺栓仿真分析

为满足轻量化要求,磁浮车辆悬浮架采用铝合金材料制造,但铝合金材料可焊性较差,需要采用螺栓进行连接.铝合金母材内螺纹较弱,故需配合钢丝螺套进行使用.文中采用Hypermesh建立了螺栓连接结构的三维弹塑性模型,使用Ansys对该模型进行了接触非线性分析,探究了钢丝螺套对螺栓承载性能的影响.基于圣维南原理,采用子模型法,对...     

制孔垂直度偏差对复合材料螺栓连接强度的影响规律研究

螺栓连接是飞机复合材料零件连接的主要方式,已有研究主要考虑复合材料细观结构、失效准则、接触属性和螺栓螺纹细节等方面,对于复合材料制孔中制孔垂直度偏差缺乏相应的研究。本文依据ASTM标准建立有限元仿真模型,研究制孔垂直度对连接强度的影响规律,并通过单向拉伸实验进行了对比验证。结果表明,复合材料制孔垂直度偏差会对螺栓连接强度产生影响。     

螺栓连接方式对齿轮箱柔性支架频响特性影响分析

针对不同连接方式对齿轮箱柔性支架频响特性影响机制不明的问题,本文提出了建立普通螺栓、铰制孔螺栓以及蛛网固联三种连接方式下的齿轮箱柔性支架的三维有限元模型,采用ANSYS Workbench有限元软件对建立的模型进行模态和谐响应分析,探明了不同连接方式对齿轮箱柔性支架频响特性的影响。该研究可为类似结构柔性支架连接方式选择提供理论基础依据。     

基于紧密度要求的非金属垫片应力场数值模拟

针对密封垫片的实际工作情况,将螺栓-法兰-垫片连接系统看成一个整体进行分析研究,并考虑系统中各元件之间的相互作用。以ASME B16.5标准中的NPS4 Class150法兰为例,建立螺栓-法兰-垫片连接系统的参数化三维有限元模型,模拟垫片材料的非线性行为。采用预紧单元模拟螺栓的预紧作用,研究了在不同预紧力和内压载荷的作用下,垫片应力的变化规律。研究结果表明:垫片应力的大小随着螺栓预紧力的增加而增大;随着内压载荷的升高,垫片的应力沿径向和周向分布更加不均匀。研究结果为螺栓-法兰-垫片连接系统的密封性能分析以及有限元法在该领域的应用提供了依据。     

发动机连接螺栓的裂纹故障测试与仿真分析

针对某特种车辆发动机连接螺栓出现裂纹的原因分析问题,通过车辆发动机试车获得了工作状态下该连接螺栓的轴向应变和两端振动加速度数据。建立了该连接螺栓的有限元模型并通过模态试验进行了模型修正。将应变和振动加速度转变为力和位移载荷施加到有限元模型中,求解该连接螺栓的瞬态响应并对计算结果进行了分析。最终通过计算的应力和位移结果以及断口形貌观察分析得到了连接螺栓出现裂纹的原因。该思路和方法可以应用到类似的故障分析中。     

基于Ansys的大型风电机组偏航连接系统计算方法研究

塔架和偏航连接系统的安全运营是风力发电机组运转平稳可靠及高效利用风能的前提,但由于后者结构复杂,影响因素众多,对其进行有限元分析计算难度很大.文中应用Ansys有限元分析软件,以某大型风力发电机组为工程背景,对其塔架结构进行整体强度分析,建立其偏航连接系统的多螺栓及多层连接计算模型,并对该系统的计算方法进行研究.内容包...     

风力机塔架螺栓连接状态监测与辨识研究进展

螺栓连接是大型风力机塔架各段塔筒及塔架与塔基之间的唯一连接方式,若其连接状态失效,将会造成灾难性的破坏.为了预防螺栓松动,甚至断裂,对风力机塔架螺栓连接状态进行监测与辨识至关重要.综述了螺栓连接结构动特性分析方法和螺栓连接状态监测与辨识方法,并对基于动力学模型和基于信号分析的无模型状态监测与辨识方法能否应用于风力机塔架螺栓连接状态的监测与辨识进行了述评,重点论述了波传播非线性动力学模型和应用非线性动力学理论进行信号分析的无模型状态监测与辨识方法,综述了风力机塔架螺栓连接状态监测与辨识的发展动态.     

超磁致伸缩执行器磁滞非线性建模与控制

针对超磁致伸缩执行器的磁滞非线性问题,应用Priesach理论模型建立了执行器的磁滞模型,并根据其逆模型设计了前馈补偿器,同时设计了磁滞模型的自适应算法和动态调整前馈补偿器的参数,最终实现对执行器磁滞非线性进行补偿和控制。仿真和试验结果表明该模型能够很好的描述执行器的磁滞非线性,采用自适应算法有效地改善了执行器输出位移的磁滞非线性,减小了系统的非线性误差,提高了执行器的控制精度。     

GFRP夹层结构螺栓连接的多参数分析

针对升降舵前纵墙采用螺栓连接形式的PMI泡沫夹层GFRP结构进行了不同参数下的结构安全性分析。首先通过试验确定PMI泡沫与GFRP复合材料层合板的力学性能,并结合CCAR23部对气动载荷与惯性载荷的要求,对该结构在实际工况下的载荷进行了分析,确定其合适的螺栓预紧力和螺纹副摩擦系数;在此基础上结合装配配合公差(f7/H10),最终确定有限元计算的参数组合。然后根据PMI泡沫和GFRP层合板的力学性能特性,采用ABAQUS软件对PMI泡沫和GFRP复合材料层合板建立夹层结构螺栓连接有限元模型,并结合工况载荷、螺栓预紧力、摩擦系数和装配配合公差计算不同参数组合下结构的安全性。通过分析得到如下结论：(1)螺纹副接触摩擦系数的合理增加可有效减小夹层结构螺栓孔边应力集中,以增加结构的安全性;(2)螺栓与螺栓孔之间间隙的增加会增加孔边应力集中系数,造成结构的安全性减小;(3)在结构安全强度范围内,增加螺栓预紧力可以提高连接结构的连接疲劳强度和可靠性。