螺栓联接结构弯曲刚度优化设计

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1、学术论文RESEARCH*螺栓联接结构弯曲刚度优化设计OptimizationDesignofBendingStiffnessofBoltedStructure沈阳航空航天大学航空航天工程学院田　晶　艾延廷　赵　丹　武　威辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室[摘要]通过使用增强拉格朗日法模拟螺栓联接循环过程，可以有效地提高效率，降低成本，并获得更[2-3]接触问题，并进行模态计算，所得的计算结果与模态试优的设计结果。验结果有较好的一致性。对算例模型全参数化建模，分近年来，有限元技术用来研究螺栓联接结构，取得析影响螺栓联接结构抗弯刚度参数的灵敏度。最后，通了

2、一定的成果。但是，大多数学者只关心螺栓联接结构过响应面方法对螺栓联接结构进行优化，使结构的弯曲的整体动力特性，如模态参数等，而忽视了螺栓联接结刚度增加了0.92%。研究表明，在结构材料等参数不变构的几何参数对其动力特性的影响，更缺乏对螺栓联接的前提下，通过合理的进行螺栓联接结构设计，能够提结构进行多参数分析。随着国内外相关学者对螺栓联高结构的弯曲刚度。接结构研究的不断深入，影响螺栓联接结构振动特性的关键词：刚度模态试验灵敏度响应面参数逐渐被人们了解。研究表明，对于螺栓联接结构，[ABSTRACT]Byusingaugmentedlagrange结构的几何参数对

3、其刚度有很大的影响。如法兰的厚methodtosimulatethecontactissueofboltedstructure,度，转接圆角的直径等参数都影响了结构的弯曲刚度的andmodalcalculation,theresultshavegoodagreement大小。withexperiment's.Thesensitivityanalysisaboutboltjoint面对螺栓联接结构工作环境的越来越复杂，同时设structurestiffnessparametersisstudied.Finally,thebolt计要求也不断提高，因此，对螺栓联接

4、结构进行优化设jointsstructureisoptimizedbythemethodofresponse计已经成为必然。本文基于响应面法对典型的螺栓联surface.Thenthebendingstiffnessofthestructurehas接结构进行优化设计，即，针对各种可能的结构形式选increases0.92%throughthestructureoptimization.The取最佳的设计方案。首先，对算例模型进行全参数化建researchshowsthatwhenstructuralmaterialsandotherpa-模；然后，对所选取的

5、参数进行灵敏度分析，根据分析得rametersisconstant,thebendingstiffnesswillbeincreased到的结果选取优化参数；最终，对螺栓联接结构参数进byreasonabledesignabouttheboltjointstructure.行优化设计。Keywords:StiffnessModaltestSensitivityRe-sponsesurface1螺栓联接结构模态分析1.1螺栓联接接触算法螺栓联接是工程中常见的联接方式，螺栓联接结构在螺栓联接结构数值仿真时，如何正确处理接触问[1]的几何参数对整个螺栓联接结构

6、的刚度有直接的影响。题成为关键性工作。螺栓联接结构之间的接触属于非[4]因此，螺栓联接结构设计对于航空发动机结构具有重要线性接触范畴，在ANSYS中提供了罚函数法、拉格朗的意义。日法、增强拉格朗日法等接触算法。长期以来，螺栓联接结构设计和改进主要是在试拉格朗日法的特点是引入界面约束，因此能得到更验的基础上完成的，因此周期长，费用高，对设计人员精确的结果。但它增加了方程的自由度数，并且方程的经验依赖程度大。随着计算机技术的快速发展和有限系数矩阵中包含零对角元素，这样带来求解的不便。元技术的日臻成熟，数值仿真在螺栓联接结构设计中罚函数法和拉格朗日法相比较，其特点是

7、不增加求承担了越来越多、越来越重要的工作，同时，随着优化解问题的自由度，而且使求解方程的系数矩阵保持正理论和优化计算技术的快速发展，优化设计已经成为定。但是，约束条件的精确程度不够好。在求解接触问诸多工程设计领域的热点问题。将优化设计技术引入题时罚函数的大小将受到严格的限制。到螺栓联接结构设计领域，完成设计—分析—改进的目前，对于螺栓联接结构之间的接触问题，广泛采用增强拉格朗日方法进行求解，它是拉格朗日法和罚函*　航空科学基金（50905146）资助。数法的组合。增强拉格朗日法改善了矩阵的适应性，同86航空制造技术·2014年第3期学术论文RESEARCH时改

8、善了罚参数的选择。考虑接触域内附近有边