基于虚拟材料方法的螺栓预紧力模拟的研究_黄开放.pdf

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1、机械设计与制造第8期148MachineryDesign＆Manufacture2012年8月文章编号：1001-3997（2012）08-0148-03基于虚拟材料方法的螺栓预紧力模拟的研究*黄开放金建新（华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074）ResearchonBoltPreloadSimulationBasedonVirtualMaterialMethodHUANGKai-fang，JINJian-xin（SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuazhongUniversityofSciencean

2、dTechnology，Wuhan430074，China）【摘要】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

3、模提供了途径。关键词：螺栓预紧力；固有频率；虚拟材料；模态分析【Abstract】Theboltpreloadisoneofthemostimportantfactorswhichaffectthemechanicalcharac－teristicsoffixedjointinterface,inhighprecisionFEManalysisfortheassemblyconnectedbybolts，theboltpreloadshouldbeconsidered.Virtualmaterialmethodisadoptedtosim

4、ulatetheboltpreloadinmodalanalysis.Atfirstthevirtualmaterial’sparametersofeachboltpreloadarecalculatedaccordingtothepa－rametersoffixedjointinterface,thenthefiniteelementmodelwithvirtualmaterialelementiscreatedinFEMsoftware，andthenaturalfrequencyandmodeshapeoftheplatesarego

5、t.Thesimulationresultsareconsistentwiththeexperimentalones，whichshowthatthevirtualmaterialmethodtosimulateboltpreloadiseffective，whichprovidesawayfortheFEManalysisoftheassembly.KeyWords：BoltPreload；NaturalFrequency；VirtualMaterial；ModalAnalysis

6、中图分类号：TH16；U213.5+2文献标识码：A1引言虚拟材料的弹性模量、泊松比和密度[7]，从而进行动力学仿真。采用虚拟材料方法模拟模态分析中的螺栓预紧力，首先根在装配体结构中，螺栓连接是常见的连接方式，螺栓的预紧据结合面的参数计算各个预紧力下的虚拟材料属性，然后在有限力是影响螺栓连接面力学特性的一个重要的因素。装配体施加螺元软件中建立含虚拟材料连接面的模型，仿真求得螺栓连接板件栓预紧力后，螺栓与被连接件以及被连接件之间的连接面之间产的固有频率和振型，最后对螺栓连接的装配体进行模态实验验生接触应力，不同的预紧力下，螺栓连接面之间接

7、触应力导致的证，试说明采用虚拟材料方法模拟螺栓预紧力是有效的。连接刚度不同，影响了机械系统的刚度分布，进而影响了结构的2虚拟材料方法固有频率。在精度需求较高的含螺栓连接的有限元分析中，螺栓将螺栓连接面等效为一层虚拟材料，通过改变虚拟材料的预紧力的影响不可忽视，需要精确模拟螺栓的预紧力。弹性模量、泊松比和密度来模拟连接面力学特征，这种方法就是有限元中常用的模拟螺栓预紧力的方法是用螺栓等效连接[1]虚拟材料方法。虚拟材料方法可以模拟螺栓连接面间的正向接触区域来模拟，但等效连接区域的大小难以确定，需凭借经验。预刚度，方便应用于线性的模态分析。如果在装配体的有限元建模

8、紧力单元法和降温法在静力接触有限元分析