螺接搭接件的载荷传递特性试验及三维有限元分析

在考虑螺栓与孔壁间的非线性接触、摩擦、干涉配合和螺栓预紧力等因素影响的基础上,利用非线性有限元软件MSC.Marc构建了螺接搭接件的三维有限元分析模型。数值模拟结果与试验结果的对比表明:所建三维模型能有效地模拟搭接件的载荷传递特性。基于三维有限元模型,讨论了无裂纹搭接件的螺栓孔形式、干涉配合和螺栓预紧力对载荷传递比的影响规律,同时对含裂纹搭接件的载荷传递比随裂纹扩展的变化规律进行了分析,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

航空结构宽板铆接搭接件承载性能数值研究

为研究飞机蒙皮铆接搭接结构的力学特性,基于ANSYS软件建立宽板三排铆钉搭接件的三维有限元分析模型。考虑物面间的非线性接触、铆钉与板孔间的干涉配合、铆钉预紧力的影响,应用非线性有限元法对宽板铆接搭接件在恒定远端拉伸载荷作用下的承载性能进行计算。通过读取沿预设路径的位移分布数据,获得宽板搭接件产生的次弯曲和第三弯曲的变形趋势。从搭接板等效应力云图可以看出,靠近宽搭接板侧缘的沉头铆钉孔周围应力集中比较严重。计算每个铆钉的钉传载荷,获得宽板搭接件铆钉承载的分布规律。在调整铆钉预紧力和钉孔干涉配合量的情况下,给出三排铆钉载荷传递比的变化情况。针对宽板铆接搭接件的力学特性计算分析,可以为后续的搭接件结构多处损伤裂纹扩展和疲劳寿命研究奠定基础。     

复合材料干涉连接结构多界面夹紧力有限元分析

建立了碳纤维增强复合材料(CFRP)的单搭接螺栓连接结构三维模型,在充分考虑材料属性及接触关系的基础上,进行了干涉配合状态下孔周应力状态和夹紧力分布的数值模拟与分析。结果表明:在预紧力沿模型板厚方向的传递过程中,螺栓与孔壁接触界面的摩擦力会直接抵消部分作用力,导致自螺母端至螺栓钉头端夹紧力逐渐降低,降低的幅度与速率受到预紧力大小和孔周应力状态的影响。     

机械螺栓法兰连接的有限元力学模型比较研究

机械螺栓-法兰连接结构中存在着复杂的接触、摩擦和预紧等非线性因素.螺栓-法兰连接结构的有限元力学模型应当充分包含这些因素.首先介绍了连接结构接触分析的有限元法理论,然后比较研究了二维轴对称力学模型和三维实体模型在螺栓一法兰连接结构建模中的差剐,之后研究了温度载荷法、过盈配合法和等效外载法等三种不同的螺栓预紧力建模方法.计算结果表明:二维模型在处理螺栓-_法兰连接结构上计算耗费小,但计算精度较三维模型差别较大,结果粗糙;三种预紧力模拟方法都能模拟螺栓预紧载荷,但在适用范围、等效方法和计算精度等方面有区别.     

螺栓固定结合面动态特性的影响因素研究

通过扫频和脉冲激励实验方法研究螺栓固定结合面动力学行为,研究预紧力和外载荷力等因素对螺栓固定结合面振动传递特性的影响。分析结果表明,螺栓连接结构的动力学特性直接受到预紧力和外载荷的影响,并表现出不同程度的非线性。同时,讨论公称直径、螺栓数目等设计参数对螺栓连接力学特性的影响,将焊接连接方式和螺栓连接方式进行了对比分析。     

复合材料螺接力学行为精细化有限元分析方法

针对航空用纤维增强树脂基复合材料螺栓连接的力学行为研究难题,采用有限元软件二次开发的方法,提出了涵盖层合板高效建模、扭矩与预紧力关系、钉孔配合间隙与滑移过渡段、渐进损伤判断与性能退化等方面的精细化有限元分析模型。提出了基于应变等效原理的紧固件预紧力-扭矩试验测试方法,降低了紧固件预紧力-扭矩转换精度对数值模拟精度的影响。提出了基于修改螺栓头与层合板接触平面摩擦因数的方法以实现对含钉孔配合间隙的复合材料螺接接头的力-位移响应在滑移过渡段的较好模拟。复合材料单搭接螺接接头单剪试验和有限元预测的力-位移曲线对比结果显示极限载荷最大预测误差为17.2%,证明了所提方法能有效地预测复合材料单钉/多钉螺接结构的力学性能演变规律,且所提方法提高了预测结果与试验结果的匹配度,提升了有限元分析的效率,为航空先进复合材料连接结构的力学行为分析奠定了建模技术基础。     

枕垫应力对飞机搭接件完整性的影响研究

根据腐蚀产物化学特性和板壳理论,建立搭接件接触面腐蚀厚度与枕垫应力定量关系的数学模型。在此基础上,利用非线性有限元软件MSC.Marc分析枕垫应力对搭接结构完整性的影响。分析时考虑螺栓与孔壁间的非线性接触、摩擦、干涉配合、材料损失、枕垫应力及几何非线性等因素影响。模拟结果表明,搭接件的最大应力点位置随腐蚀水平的增加而变化,腐蚀初期和腐蚀量大于4%时,搭接件应力对枕垫应力比较敏感。随着腐蚀程度的加重,内表面裂尖应力强度因子随之增大,而外表面裂尖应力强度因子随之减小。另外,分析腐蚀对搭接件的影响时,只考虑蒙皮厚度的变化,而不考虑枕垫应力得出的结果是保守和危险的。计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

基于虚拟材料方法的螺栓预紧力模拟的研究

螺栓的预紧力是影响螺栓连接面力学特性的一个重要的因素,在精度需求较高的含螺栓连接的有限元分析中,需要考虑螺栓的预紧力。运用虚拟材料方法模拟模态分析中的螺栓预紧力,首先根据结合面的参数计算各个预紧力下的虚拟材料属性,在有限元软件中建立含虚拟材料连接面的模型,仿真得到螺栓连接板件的固有频率和振型。仿真结果跟模态实验结果一致,验证了采用虚拟材料方法模拟螺栓预紧力的有效性,为装配体的有限元建模提供了途径。     

基于ANSYS Workbench水轮发电机螺栓法兰连接有限元分析

根据机械设计理论,分析了只承受预紧力和预紧力与工作载荷同时作用两种情况下螺栓连接的受力情况,并利用ANSYS Workbench对水轮发电机螺栓法兰连接结构进行模拟,创建了有限元模型,施加了相应的约束、预紧载荷与工作载荷,进行了结构静力学分析.有限元分析结果与理论运算结果进行比较,有限元模型的正确性、可靠性得到验证.该模拟分析结果为螺栓的选用与装配提供了依据,提高了产品的可靠性和设计水平.     

某称重仪传感器螺栓连接预紧力分析及优化

以称重仪传感器为分析对象,了解螺栓预紧力对局部结构变形的影响,并寻求最优预紧力。采用Pro/e三维建模软件建立称重仪传感器的几何装配体,建立了精确的螺栓螺纹三维模型;运用ANSYS Workbench软件构造有限元分析模型,对受螺栓预紧力影响的局部结构进行预应力模态分析及静强度计算,得到局部结构相应的应力、应变和位移云图,最后建立螺栓预紧力与结构应力的关系曲线,确定最优预紧力值。模拟分析结果为称重传感器连接螺栓预紧力的确定提供了依据,对产品的设计应用具有指导意义。     

基于实验分析的机床结构有限元建模及其应用研究

针对一台数控弧齿锥齿轮铣齿机,进行机床整机的有限元动态和静态分析,测量机床静刚度,进行模态实验测试及分析.结合有限元模态分析结果,依据重要的实验模态和机床静刚度修正导轨结合部有限元模型参数.对机床整机结构进行改进,通过有限元分析计算,改进后整机结构动、静刚度明显提高.为确定机床导轨结合部模型参数提供一种研究思路与方法.     

基于蒙特卡罗法和有限元法分析封装焊点中微孔洞对应力的影响

将蒙特卡罗法和有限元方法用于分析球珊阵列封装(BGA封装)焊点中微孔洞缺陷对焊点应力的影响。先用X射线断层扫描方法测定焊点中孔洞大小及其分布规律,然后利用Abaqus有限元分析软件建立BGA封装有限元模型,采用Anand本构方程描述焊点的应力应变响应,分析BGA封装焊点应力分布情况;并针对关键焊点即应力最大的焊点,建立了含孔洞大小和位置呈随机分布的焊点参数化有限元模型,结合试验结果,分析了孔洞直径和位置对焊点应力分布的影响。结果表明:微孔洞直径越小,越接近于焊点的表面,焊点中的应力越大。     

复杂机械结构结合面动力学建模及其参数识别方法的研究

提出复杂机械结构结合面动力学建模和参数识别的方法。首先，在提出理想结合面和结合面元概念的基础上，阐述了新的建立结合面动力学模型的方法，减少了复杂形状结合面动态参数的数目；其次，通过对有限元模型的降阶修改，建立复杂结构低阶动力学模型，避免了在参数识别过程中反复进行有限元计算。以上方法在ＪＣＳ－０１８加工中心立柱模型的结合面参数识别中得到了应用。     

基于有限元技术的运动稳定性实时仿真分析

提出利用有限元分析对机构运动过程进行实时仿真研究，模拟了存在弹性连接件系统的运动过程稳定性问题。采用弹性有限元分析技术，对模型系统的运动参数与力学参数进行了深入研究。通过一组弹簧连接的多体运动系统，介绍了实时仿真技术的实现方法与功能。分析结果表明，该方法能够有效地在设计阶段对结构的动力学性能进行预测与评价。在分析过程中，有限元法可以充分考虑运动系统的结构非线性与材料非线性对运动稳定性的影响，与传统的分析方法相比，该方法具有更高的建模精度，并且具有分析过程方便、简单，分析结果详细、形象等优点。     

胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响

通过试验研究了不同胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响,并建立了相应的有限元模型,详细分析胶层厚度和搭接长度对应力分布的影响。结果表明:胶接接头的剪切强度随胶层厚度的增加先升后降,合理的胶层厚度为0.2～0.6mm;胶接接头的剪切强度随搭接长度的增加呈非线性增加,合理的搭接长度为12～16mm;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

基于焊点形态的工艺参数对底部引线塑料封装器件焊点可靠性影响分析

选取焊盘长度、焊盘宽度、钢网厚度和间隙高度为四个关键因素,采用水平正交表L25(56)设计25种不同参数水平组合的底部引线塑料封装(bottom leaded plastic,BLP)器件焊点,建立25种焊点的形态预测模型和有限元分析模型;对热循环加载条件下BLP焊点进行非线性有限元分析,计算25种不同焊点形态的BLP焊点热疲劳寿命;基于热疲劳寿命计算结果进行极差分析.结果表明,四个因素对BLP焊点热疲劳寿命影响由大到小的顺序依次是焊盘宽度、焊盘长度、间隙高度和钢网厚度;可靠性最高的BLP焊点工艺参数水平组合为焊盘长度1.1 mm、焊盘宽度0.65 mm、钢网厚度0.15 mm和间隙高度0.09 mm.     

机床导轨结合部的有限元模型

基于结合面特性参数，提出了机床导轨结合部特性仿真分析的有限元方法，通过该方法可以建立机床整机性能分析的有限元模型。给出了导轨结合部上反映界面连接特性的六结点接触单元的刚度矩阵，并将其与通过实验获得的结合面特性参数联系起来，通过实例建立了机床整机分析模型。整机刚度的实验结果与计算结果的比较，证实了该方法的有效性。     

携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究

以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法,为后续研究工作奠定基础。     

残余应力对对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应对焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行比较验证。     

Non-destructive biomechanical analysis to evaluate surgical planning for hip joint diseases

The hip joint diseases have various kinds of origination, and they have multifarious forms according to the originations. One of the major concerns to plan the surgical operation for the hip diseases is the alternation of biomechanical environment, such as joint force and contact pressure. In this study, we analyzed the biomechanical effects of surgical techniques of the hip joint diseases by finite element analysis. We developed the finite element models of the pre-operative and post-operative hip joints for four children patients who have hip joint disease with abnormal joint anatomy. The models consist of two bones (pelvis and femur) reconstructed from CT images, and the articular cartilages on acetabulum and femoral head. Bones and cartilages were assumed having linear elastic material properties. The resultant joint force and the abductor force were calculated from 3-D static equilibrium in one-leg standing position. The calculated joint force was applied on the pelvis, the inferior plate of femur was fixed in all directions, and the medial edge of pelvis was constrained in vertical direction. Mechanical values such as contact force, pressure, and contact area on the hip joint were measured. The results of the finite element analysis were similar with those clinically estimated. The present non-destructive biomechanical evaluation method could be clinically useful for the optimal planning and selecting of surgical method by the rearrangement of contact pressure in the hip joint.