基于PCL语言的螺栓连接结构有限元分析系统研究.pdf

《基于PCL语言的螺栓连接结构有限元分析系统研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第51卷第1期锻压装备与制造技术2016年2月Vo1．51No．1CHINAMETALFORMINGEQUIPMENT＆MANUFACTURlNGTECHNOLOGYFeb．2016基于PCL语言的螺栓连接结构有限元分析系统研究乔顺成，吴建军，郭绍唱，高尚德(1．中航飞机股份有限公司西安飞机分公司，陕西西安710089；2．西北工业大学机电学院，陕西西安710072)摘要：基于MSC．Patran平台实现一种快速、合理、可靠性高的螺栓连接结构的设计，利用PCL语言开发出螺栓连接结构的参数化有限元分析系统，使得设计人员无需掌握复杂的有限元理论和有限元软件

2、的操作过程，只需输入所关心的参数，便可提交有限元软件进行计算，并保证集成程序各模块间数据的无间隔性共享，根据实际应用的结果验证分析系统准确可靠。关键词：螺栓连接结构，有限元分析；PCL；二次开发中图分类号：TG7O2；V262．4*2文献标识码：ADoI：10．163160．issn．1672—0121．2016．01．034文章编号：1672—012-1(2016)01一O1l8—05随着螺栓连接件的工况条件越来越复杂，传统可得出所要的计算结果，简便、高效。的依据经验公式来进行强度评估的方法已经不能满1参数化有限元技术足要求，需要利用有限元直接计算的

3、手段来评估工装的可靠性。而在有限元分析中50％～55％的时间用1．1螺栓连接结构参数化于模型的建立和数据输入，35％40％的时间用于计螺栓几何模型参数主要是指结构尺寸参数，包算结果的分析与整理，分析计算只用10％一15％的时括结构总体尺寸和构件的几何尺寸等。螺栓结构有间【”。在螺栓紧固件的研发实际中，经常要对多个相限元模型中几何参数的选取，并不是把螺栓结构的似方案进行比较，以筛选出最合理的方案，但当前有每一个尺寸全部都参数化。原因在于，在有限元分析限元分析软件系统都是用“软试错”代替“硬试错”，中几何模型实际上是结构物理特征的反映，它必须存在前后处理过

4、程复杂、繁琐、易出错、费时、费力、有利于有限元的计算和分析。因此，对于整体分析不对软件使用者要求高等问题，使一些有限元分析软重要的螺纹结构参数可以忽略。件难以推广应用圜。如果按照现有有限元分析软件所几何模型设计参数一般有以下几种定义方式：规定的步骤将花费大量的时间在各个方案的前后处(1)直接以网络的节点坐标作为设计参数。理上且增加出错机率。对于有螺栓连接的机械结构(2)通过辅助的大单元来组织网络，以大单元的有限元分析，如何较好地模拟螺栓受力情况达到在控制点作为形状控制参数。有限元分析中的准确加载并得到正确的分析结果，(3)以几何模型的尺寸变量作为设计参

5、数翻。有一定难度。前两种定义方式因为几何模型控制所需的参数为克服“软试错”存在的上述缺陷，本文中的程数目太多，且参数之问缺乏适当的约束而不适用。本序开发基于在航空结构计算中广泛采用的MSC．文采用第三种方式，将几何模型中的设计参数延伸Patran／Nastran软件，针对螺栓的强度设计，利用PCL到有限元模型。(PatranCommandLanguage)语言对该结构的有限元如图1所示，螺栓结构的参数化过程中共有6分析过程进行全参数化驱动，并开发出友好的人机个参数，分别为螺栓总体长度日、螺栓头高度H。、螺交互界面，设计人员无需掌握复杂的有限元理论和母与

6、螺栓头距离、螺母高度、螺栓直径D、螺母有限元软件的操作过程，只需输入所关心的参数，便直径D2。1．2网格控制参数化收稿日期：2015—07—31；修订日期：2015～09—05作者简介：乔顺成(1964～)，男，研级高工，从事工装设计与制造专业技网格划分是有限元分析中的重要步骤，经过网术研究。E-mail：guoshaochang@qq．com格划分后的有限元模型才能进行计算，同时网格形·118·第51卷锻压装备与制造技术预紧可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。为有效模拟螺栓预紧力对螺栓连接的影响，本系统把螺栓预

7、紧力作为螺栓强度分析的重要参数设计指标，并且提供了温度法和直接加载法两种方法，用户可以选择其中一种方法来对螺栓预紧力进行施加。图1螺栓结构示意图2参数化有限元实现方法状和大小对计算结果有很大的影响_3I，规则的网格划本文通过八个模块的开发来实现螺栓连接结构分有利于提高模拟速率和模拟计算精度。选择划分的有限元全参数化驱动，包括：几何参数设定模块，网格的方式和网格密度的控制要结合分析对象，充网格参数设定模块，材料参数设定模块，力学参数设分考虑到资源能力和它对分析精度的影响。定模块、预紧力参数设定模块，计算求解模块，云图本文采用六面体实体单元_5161对螺栓

8、结构进行网显示模块以及刚度矩阵输出模块，其开发流程如图2格划分，对于网格大小和网格疏密对计算精