含螺栓连接复杂结构的冲击响应与破坏研究

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1、分类号＿＾！！密级ＵＤＣ编号中圃工程物理妍究院学位论文含螺栓连接复杂结构的冲击响应与破特硏究郭历伦＿＿陈富员指导教师姓名卑些．博±专业名称工程力学申请学位级别？？？．＿＿论文提交日期２０１５年６月１５年４月论文答辩口期２０学離予单位和日期…立些型麵鸯晴刘形研究员答隱员会主席刘形李平张树道ｉ－Ｕ何铁宁尹益辉ｆｉｌＡ２０１５年６刀２日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄ化ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏ

2、ｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＰｈｓｉｃｓｇｇｙＦｏｒＤｏｃｔｏｒａｌＤｅｒｅｅｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇＣＡＥＰ民ｅａｓｅａｒｃｈｏｎ化ｅｒｅｓｏｎｓｅｓａｎｄ＆Ｕｕｒｅｏｆ化ｅｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉ化ｐｂｏｌｔｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇＡｕ化ｏｒ：ＧＵＯＬｉｌｕｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＣＨＥＮＺｈｏｎｇｆｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｓｙｓｔｅｍｓｅｎ

3、ｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓＭｉａｎａｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＭａｒｃｈ２０１５ｙ，，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外论文中不包含其，他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢

4、意。学位论文作者签名；，备戸？７签字曰期：２＾／ｒ年／月戸曰＾／学位论文版极使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部口或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可Ｗ将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名；厚导师签名：與ｉ４命參签字曰期；月日签字曰期：年月曰＞／］年１＾功［＾＾ｉｍ摘要

5、本文针对武器装药结构、航空航天结构等含螺栓连接复杂结构在撞击、跌落等载荷，环境下的冲击响应与破坏问题，开展了数值建模提、扩展有限元应用和实验技术研究出了螺栓连接结构的精细有限元建模技术及复杂结构冲击破坏的数值模拟技术。在此基础上，开展了某典型装药结构跌落条件下的冲击响应及破坏效应研究，研究方法和技术途径的合理性，可为含螺，保证了可靠的结构应力响应及破坏规律的获得。本文的研究检连接复杂结构冲击响应与破坏研究提供数值手段和重要参考。针对含螺栓连接复杂结构冲击动力学响应研究的重要

6、问题之—高精度几何数值模型，开展了螺栓连接结构冲击响应的精细有限元建模技术研究。基于有限元前处理软件Ｐａｔｒａｎ的基本建模技术，提出了考虑螺纹连接几何特征的双导线建模方法，与己有的建模技术相比，该方法具有无需在螺杆上人为设貴小孔或建立复杂的截面数学模型等优点，方法简单易于实施，能获得合理规整的有限元网格；采用对称罚函数方法处理螺纹的连接接触－，应用指数型接触压力过盈关系并结合数值试验确定相关接触参数，解决了螺纹连接类齿合性接触的计算收敛问题采用直接在螺母一组相对的侧面上施加

7、分布；预紧力的方法模拟预紧力载荷的加载，与传统预紧力施加方法相比，本方法不仅简单易于实施，而且更与实际的预紧力施加方式相符合；针对含螺栓连接结构预紧力载荷与结构冲击载荷的静、动賴合问题，提出了结构的静动賴合计算方法。在精细有限元建模的基础上，开展了螺栓连接结构静力响应和冲击响应的数值模拟Ｎ？７０Ｎｍ屯种工研究．ｍ．。首先设计了简单的日型螺栓连接结构，开展了预紧力矩为ｌ〇况下的静力响应数值模拟，Ｗ及小球３ｍ和５．５ｍ高度跌落撞击螺栓连接结构的冲击响应数值模拟，获得了螺牙及

8、螺栓中的应力分布；与此同时，开展了相同加载条件下的实验研究。结果表明，在静力响应研究中５％，，计算结果与试验结果的最小相对误差为化４最大相对误差为．８％。小球３ｍ跌落撞击时，螺杆中部单元应力时程曲线，计算值与实一验值相比．％，二者波形基本致，幅值的最大相对误差为１６１８，脉宽的最大相对误差一为１６．３６％。小球５．５ｍ跌落撞击时，二者波形也基本致，幅值的最大相对误差为１９．７９％，脉宽的最大相对误差为８．４６％。由此可知，数值计算结果与实验结果吻合较好。一一