对螺栓结合部接触刚度和接触阻尼识别法的研究

本文以立柱型螺栓结合部(以后简称结合部)为研究对象,在建立起其动力学模型的基础上,应用非线性生优化与实验动态测试相结合,提出了一种识别螺栓结合部接触刚度和接触阻尼的方法,最后对识别结果和动态测试结果作了比较。比较结果表明,该方法以及与之相应的程序是行之有效的。     

新的柔性结合部法向接触刚度和接触阻尼方程

以修正分形几何学理论和赫兹法向接触力学方程为基础,推导出了柔性结合部法向接触刚度与阻尼方程。假设峰元顶端的曲率半径为变量,提出了一种全新的求导函数而非偏导函数的求解方法,建立了单峰元与平面接触的法向接触刚度方程。数值模拟表明:峰元承担的法向弹性载荷与其顶端的变形量之间符合非线性幂函数凹弧关系;降低表面粗糙度或增加法向接触载荷都将增大实际接触面积;当表面粗糙轮廓分形维数在较小范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数在较大范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而变小;降低表面粗糙度或增加表面粗糙轮廓分形维数与法向接触载荷皆将增加法向接触刚度;法向接触阻尼随着表面粗糙轮廓分形维数的增加先减小后增大;当表面粗糙轮廓分形维数小于临界值时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数超过转折点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而减小;当法向接触载荷增大时,法向接触阻尼略微减小。     

螺栓结合部切向动态特性参数的实验研究

本文在对螺栓结合部实验装置进行动态实验测试分析的基础上,识别出了几种结合条件下螺栓结合部的切向接触刚度和切向接触阻尼,分析了几种影响因素对螺栓结合部切向接触刚度和切向接触阻尼的影响规律,得出了一些结论。     

螺栓结合部静态迟滞行为分析及刚度和阻尼辨识

获得螺栓结合部的静态迟滞行为并开展刚度、阻尼辨识,对于螺栓结合部设计以及装配工艺制定十分重要.利用三维有限元模型预测螺栓结合部迟滞特性,并给出了螺栓联接接触参数的设置方法.针对获得的迟滞曲线,采用最小二乘多项式拟合推导确定了结合部刚度及阻尼参数的辨识公式.以一个简单的螺栓搭接梁为对象进行了实例研究,试验证明了该搭接梁有限元模型及获得的迟滞曲线的合理性,利用获得的迟滞曲线辨识了该螺栓结合部的时变刚度、平均刚度和损耗因子等参数.研究表明:随着预紧力的增加,螺栓结合部的刚度增加而损耗因子(阻尼参数)减小.     

机床结合部耦合动刚度的辨识与建模

针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.     

螺栓连接屈服点拧紧法的可靠性分析

介绍螺栓连接屈服点拧紧法的特性及应用情况。通过对其进行可靠性分析,不仅证明屈服点拧紧法确实可行,而且与传统方法对比分析表明,传统方法具有一定的潜力,有改进的必要。文中还提出了影响螺栓连接可靠性的主要因素以及提高屈服点拧紧法可靠度的条件与使用范围。     

应用改进分形几何理论的结合部切向刚度模型

针对现有分形接触理论对2个机械部件粗糙表面相互接触形成的结合部的切向接触刚度分形模型存在违反赫兹法向接触力学的缺陷,以改进分形几何理论为基础、在严格应用赫兹法向接触力学的基础上,推导出结合部总切向接触静弹性条件刚度、总条件法向载荷的分析解。数值仿真表明:结合部的切向接触静弹性刚度随着总法向载荷的增加基本上呈线性增加的态势,随着表面轮廓分形维数的增加而增大,随着分形粗糙度的减小而增大;在恒定法向载荷作用下,最初作用于结合部的切向载荷使得切向接触静弹性刚度最大,该刚度随着切向载荷的增加而减小,随着静摩擦系数的增加而增大;随着法向载荷的增加,法向接触静弹性刚度的增量加大。该结果可为进一步研究粗糙表面的分形特性提供参考。     

直螺栓连接预制综合管廊刚度计算方法

为研究直螺栓连接预制管廊的纵向受力性能,引用隧道纵向刚度计算的纵向等效连续化模型,对其进行改进,使其适用于直螺栓连接的预制管廊,从而得到考虑螺栓预应力影响的纵向等效拉压刚度和弹性弯曲刚度。求得了预制管廊在弹性极限弯矩作用下,截面最大拉应力、截面最大压应力、接头最大变形、接头螺栓最大拉应力和接头螺栓最大变形的表达式。运用所得表达式,结合工程实例参数,分析了管廊截面尺寸、管壁厚度、节段长度和螺栓个数对其受弯矩作用时中性轴的位置和纵向等效刚度的影响程度和趋势。结果表明,管廊抗弯刚度受截面宽高比影响较大;通过增加管壁厚度来提高管廊等效刚度的方法不经济;在满足设计要求条件下,适当增大预制节段的长度和增多连接螺栓数量可以有效提高管廊的纵向刚度,并能够很好的改善管廊截面受力状态,同时不失经济性,为直螺栓连接预制拼装管廊结构的设计合理性和工程适用性提供理论支持。     

基于频率跟踪法的螺栓联接状态监测研究

针对工程实际中出现的螺栓联接松动问题进行了研究,提出了一种基于压电主动式传感的结构频率跟踪的螺栓联接监测方法。根据赫兹接触理论并结合有限元仿真分析,得出了螺栓联接接触界面法向接触刚度与螺栓预紧力之间的单调函数关系,而螺栓联接结构的频率与法向接触刚度相关,进而建立了基于频率跟踪法的螺栓联接状态监测方法。建立实验装置,在螺栓联接件的非接触面的两侧分别粘贴压电材料,作为驱动器和传感器,分别激发脉冲超声波信号和接收通过螺栓联接界面的超声波响应信号,分析了响应信号的功率谱得到螺栓联接结构的频谱。实验结果表明:螺栓联接结合面的法向接触刚度与预紧力近似成对数函数关系,螺栓联接结构的某阶频率与螺栓预紧力近似成对数函数关系,从而可以通过分析螺栓联接结构的某阶频率变化得到螺栓预紧力状态。仿真结果与实验结果相一致,为螺栓联接松动问题提供了一种监测方法。     

木结构螺栓连接的力学性能分析

木结构中螺栓连接具有半刚性特性,连接性能对结构的力学性能影响显著.为解决螺栓连接初始刚度的计算问题,本文基于弹性地基梁理论推导出连接刚度的计算方法.弹性地基梁理论中的地基模量对应于木材的销槽承压刚度,本文对樟子松和东北落叶松销槽承压试验结果进行回归分析,通过全干相对密度和销直径两个变量,提出顺纹和横纹受力下的销槽承压刚...     

含螺栓联接的转子系统轴向刚度不确定性分析

转子系统中螺栓联接结构轴向联接刚度的不确定性对转子系统动力学特性具有重要影响,为此,在构建螺栓联接结构有限单元基础上,建立了转子系统整体有限元模型,采用非嵌入多项式混沌展开法分析轴向联接刚度不确定性对转子系统动力学特性的影响.结果表明:轴向联接刚度在一定范围内变化会导致临界转速及临界转速对应的稳态响应幅值偏离预期,随着轴向刚度不确定性的标准差增大,盘竖直方向稳态响应均值降低.研究结果可为螺栓联接转子的设计提供理论参考.     

螺栓球柱节点单向受弯性能有限元分析

为研究螺栓球柱节点的受弯性能,基于2个单向受弯节点试验,采用ABAQUS建立了螺栓球柱节点的有限元模型,得到了节点的破坏模式、螺栓内力及荷载-位移曲线.通过对比发现,数值分析结果与试验结果吻合良好,验证了数值模型的可靠性.随后对螺栓球柱节点的数值模型进行了合理简化,并分析了正、负弯矩作用下节点的受力特性.建立了46个数值模型,对影响螺栓球柱节点受弯性能的因素进行了详细的参数分析.结果表明,增大圆柱筒壁直径及壁厚可显著提高节点的受弯性能;节点的抗弯刚度及承载力随杆件宽度、弧形垫片厚度、螺栓尺寸及间距的增加而提高,且节点受正弯矩时提高更为明显;设置加劲肋可显著提高节点受弯性能.     

木结构钢插板螺栓连接节点刚度及力-位移关系数学模型

为研究木结构钢插板螺栓连接节点的力-位移关系,对24个顺纹试件进行了单调加载试验,考虑了螺栓直径、木材厚度以及两者比值的影响.试验结果表明,节点的变形能力较强,加载过程中经历了线性阶段、弹塑性阶段、塑性发展阶段和破坏阶段.基于曲线拟合,节点的力-位移关系可归纳为承载力、弹性刚度的两参数力学模型;通过理论分析,提出了节点...     

基于非线性虚拟材料栓接结合部动力学建模方法

为仿真栓接结合部非线性动力学特性,提出一种基于非线性横观各向同性虚拟材料的栓接结合部动力学建模方法.基于有限单元法,利用8节点实体单元构建被连接件及用来等效栓接结合部的横观各向同性虚拟材料层,虚拟材料层与被连接件固接.采用非线性虚拟材料等效栓接结合部,以模拟含栓接结合部结构在不同幅值的外简谐激振下所体现出的非线性刚度特性.为提高非线性模型计算精度,将非线性横观各向同性虚拟材料层进行分区处理,每个区域虚拟材料参数分别由该区域虚拟材料的形变确定.最后,对模型进行局部降维,在时域下求解模型的幅频响应,通过对比仿真计算结果和试验结果,验证所提出建模方法的可行性与有效性.     

影响螺纹副轴向力分布均匀性的关键因素分析

通过对螺纹连接结构承载分布问题的理论分析与数值模拟,探索影响螺纹副轴向力分布均匀性的关键因素.首先对螺纹副轴向承载分布进行理论分析,提出依据螺纹副截面上单位长度荷载F与螺纹牙相对变形u的关系曲线确定轴向力分布的解析方法.理论分析表明,当F-u关系曲线呈屈服形状时,螺纹副轴向承载力分布更加均匀.其次,对施必牢螺纹副进行分析,发现其F-u关系曲线呈现出屈服特征;从牙型设计、材料塑性和螺纹错动三方面进行分析,阐明施必牢螺纹副承载分布均匀性好的力学机制;最后,详细分析了螺纹副径向尺寸系数、摩擦因数和材料特性等因素对螺纹上轴向力分布的影响规律.     

螺栓连接大变形梁非线性振动特性的实验研究

柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象,针对动力学建模和振动特性开展了实验研究,通过数值计算验证了实验发现的非线性振动特性。搭建了含螺栓连接柔性大变形梁的实验台架,开展了敲击和正弦激振的实验测试。实验结果表明,螺栓连接的柔性梁较连续梁的（无螺栓连接）模态频率降低,阻尼增加,反映出随着激励能量增大,模态频率降低的非线性模态特征。改变螺栓连接位置会显著影响结构的模态频率,其变化规律可由求解线性矩阵特征值定性反映。     

动力子结构技术下的灵敏度分析

从子结构方法（固定界面模态综合法）出发，导出了结构的自振频率和位移响应灵敏度的计算方法，该方法只需对降阶方程和各个子结构进行处理，即可实现灵敏度分析的降阶，从而为进一步开展大型复杂结构的动力优化设计开辟了途径．实例计算结果说明了该方法的正确性