悬臂梁结合面建模与接触刚度参数识别

基于有限单元法,将结合面简化为一系列包含接触刚度的参数单元,建立了包含结合面的悬臂梁实验模型的有限元模型。根据实验测试所获得的前两阶固有频率,结合所建立的接触刚度参数优化识别的目标函数,利用MATLAB优化工具箱,对结合面在不同面压下的法向接触刚度参数进行了优化识别,获得了不同面压条件下单位结合面上的法向接触刚度参数值,从而为下一步的理论计算与实际应用奠定了基础。     

基于虚拟材料的螺栓联接复合板固有特性建模

为了提高含螺栓复合材料结构的动力学分析效率,基于虚拟材料模型建立了相应的解析模型,并求解结构的固有特性.对螺栓联接复合材料板结构进行能量分析,采用拉格朗日方程创建了螺栓联接板的动力学分析模型,求解了该结构的固有频率和模态振型.利用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)确定模型中虚拟材料的参数,以达到模型修正的目的.以螺栓联接TC500碳纤维/树脂板为对象进行了实例研究,结果表明:应用该虚拟材料模型可再现螺栓联接复合板结构的振动特性;在经过模型修正后,仿真计算获得的前6阶固有频率与实测值的最大偏差为2.83%,证明了所提建模方法的合理性.     

考虑微凸体侧接触的结合面法向接触刚度建模

提出了一种考虑微凸体侧接触影响的结合面法向刚度建模方法。通过采样获取接触表面轮廓数据后,用统计方法研究了接触表面上微凸体之间的水平距离分布,发现微凸体之间的水平距离分布近似呈正态分布。基于微凸体侧接触理论和微凸体连续变形理论,建立微凸体的法向接触刚度模型后,根据微凸体水平距离的分布规律,利用统计理论,构建了结合面法向接触刚度模型。分析结果表明：在两个接触表面平均间距相同时,提出模型的法向接触载荷大于KE模型,小于高志强(GZQ)模型;在间距较小时,提出模型接触刚度小于KE(Kogut L和Etsion I)模型接触刚度,在间距较大时,提出模型接触刚度大于KE模型接触刚度,并且提出模型的法向接触刚度总是小于GZQ模型接触刚度;基于提出模型的有限元分析获得的前三阶模态与试验结果一致,固有频率与试验结果最大相差8.2%,说明提出的模型能够比较准确地预测结合面的法向动态特性。     

圆柱面接触刚度建模与仿真

推导了圆柱接触面周向接触间隙的表达式,以赫兹接触理论为基础,对粗糙平面接触的GW模型进行改进,建立了圆柱面接触的接触刚度模型.通过仿真得到接触力、装配间隙、接触长度、表面粗糙度等对接触刚度的影响,并通过实验进行了验证.研究结果表明:接触刚度随着接触力的增加而增加,减小接触间隙、增大接触面粗糙度可以有效提高圆柱面接触刚度.     

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。     

BFPC固定结合面虚拟材料热特性参数建模

为确定含有玄武岩纤维树脂混凝土（basalt fiber polymer concrete,BFPC）固定结合面的机床基础件热特性参数,基于虚拟材料法建立了含有BFPC固定结合面组件的仿真模型,并对其热特性进行仿真分析;设计制造了含有BFPC固定结合面的组件,通过实验方法研究组件的热特性。将仿真分析和实验研究的结果进行对比,分析表明：两种方法得到的组件在不同时刻的温度场具有一致性,且仿真与对应实验点温度的误差不大于8.57%,证明了所建立的BFPC固定结合面虚拟材料参数模型的准确性,以及基于此采用虚拟材料法对含有BFPC固定结合面组件进行热特性仿真分析的精确性和有效性。     

机械固定结合面刚度特性建模

针对机械结合面G-W接触模型和M-B接触模型存在的不足,基于分形理论,提出一种能描述2粗糙面接触的配对几何粗糙特性的法向刚度力学模型.该模型在几何尺寸上独立,给出了结合面面压与刚度的解析解,能有效求解结合面配对接触的法向刚度.根据应变能相等的原则,把结合面法向刚度和切向刚度折合成连续体的材料属性,建立了描述结合面特性的虚拟材料模型,试验证明了该方法的有效性.     

结合面卸载法向接触刚度统计模型

基于赫兹理论以及加卸载模型并利用统计学方法建立了结合面在加卸载阶段的法向接触刚度的统计模型。通过对所建模型的数值仿真,揭示了在不同塑性指数下卸载过程中法向接触刚度随平均分离距离的变化规律,并与加载过程中接触刚度的变化进行了对比,说明了两者不同之处。结果显示:不同塑性指数下,无量纲平均分离距离逐渐增大的同时,无量纲法向接触刚度随之减小,且卸载过程中的法向接触刚度小于加载过程中的法向接触刚度。     

螺栓联接被连接件弹性交互刚度建模分析与计算

为了更加精准的描述螺栓联接被连接件交互刚度的理论模型,引入了被连接件的压应力呈现圆锥体分布,沿着被连接件厚度方向其受压层的压应力保持均匀不变,且在任意受压层上压应力为径向尺寸的4次关系式的假设,由此提出了螺栓联接结构弹性交互刚度理论精准模型,结合有限元仿真技术对构建的理论模型进行验证,结果表明:建立的单螺栓联接弹性交互刚度理论模型基本能够精准刻画被连接件的连接性能特征,同时得到螺栓联接结构弹性交互刚度伴随着待测点到螺栓孔轴线距离的增加而呈指数增长的趋势,对于多螺栓组中螺栓间距的布置具有指导意义。     

基于Iwan模型的螺栓非线性接触建模与参数辨识

针对传统螺栓连接模型计算精度不高和螺栓结构动力学模型参数辨识问题,通过引入六参数Iwan模型,研究了螺栓连接力-位移关系方程,绘制Iwan模型非线性力-位移关系曲线。采用万能试验机拉伸实验与振动实验平台激振试验结合,识别构建的模型参数,实现模型构建。实验结果表明,随着螺栓直径的增加,宏观滑移残余刚度会随之增加,模型能量耗散减小。研究结果可为螺栓结构设计分析与计算提供参考。     

考虑硬度变化的结合面法向刚度建模

基于分形理论及M-B模型,引入微接触点域扩展因子,综合考虑微凸体弹性接触变形、弹塑性接触变形和完全塑性变形,进而考虑微凸体弹塑性变形阶段硬度随其几何形貌的改变而变化,建立对应的结合面法向接触刚度模型。通过软件仿真发现:考虑微凸体硬度随其几何形貌改变后,无量纲接触载荷较将硬度视为定值时要小,且随着分形维数的增大,二者差异在逐渐增大;考虑微凸体硬度随微凸体几何形状改变而变化后,结合面无量纲法向接触刚度相较将硬度视为定值时大;无量纲法向接触刚度随着无量纲接触载荷、分形维数和塑性指数的增大而增大,但随着无量纲特征分形粗糙度的增大而减小。     

三维分形固定结合面法向接触刚度的研究

基于传统的M-B模型,在考虑微凸体弹塑性变形的基础上,应用更能符合结合面实际表面形貌的修正的W-M函数,建立了三维分形结合面法向刚度模型.通过建立的刚度模型研究了分形尺度参数和分形维数对法向接触刚度的影响,并对出现的一些现象进行了分析.随着法向载荷与材料特性参数σ_y/E的增加,结合面的法向刚度也增加;但随着分形尺度参数的增加,结合面的法向刚度却减小;随着分形维数的增加,当2.1≤D≤2.6时,结合面法向刚度增加,而当2.6≤D≤2.9时,结合面的法向刚度却减小;在考虑弹塑性变形的情况下,三维分形结合面的法向刚度要小于二维分形结合面的法向刚度.     

考虑粗糙表面接触的连接面黏滑摩擦建模

基于Kragelsky-Demkin粗糙接触理论和Iwan迟滞非线性模型,建立了一种考虑界面粗糙度参数的连接界面非线性力学模型。首先建立了连接界面恢复力分布与表面粗糙度参数之间的关系,导出了临界滑移力的分布密度函数;然后结合连续Iwan迟滞非线性唯象模型,导出了连接界面切向载荷与切向相对位移之间的关系,以及界面单位周期能量耗散与切向振荡载荷幅值之间的关系;最后研究了粗糙度参数对界面宏观力学行为的影响。结果表明:建立的模型能够直接反映界面宏观力学响应与表面粗糙度参数之间的关系;连接界面切向恢复力与相对位移之间为非线性关系,切向连接刚度随相对位移增大而减小;激励幅值相同时,表面粗糙度参数越大,则切向连接刚度越大,单位周期的能量耗散越小;当激励幅值不足以引起宏观滑动时,单位周期能量耗散与激励幅值之间为幂函数关系。     

一种结合面法向接触刚度计算模型的构建

摘要：
为了预测2个固体粗糙表面接触时结合面的法向接触刚度,采用分水岭分割方法获得了粗糙表面三维微凸体的尺寸与空间分布;基于弹塑性接触理论推导出单对微凸体侧接触时接触载荷与接触变形的关系,并通过确定粗糙表面上每个微凸体的变形类型与接触载荷,计算了结合面的法向接触刚度.将计算结果与实验结果进行比较,验证了该方法的有效性.
关键词：
粗糙表面; 形貌; 侧接触; 法向接触刚度
中图分类号： O 343.3
文献标志码： A     

板簧的改进中性面法柔体建模与刚度分析

针对采用中性面法在ADAMS中建立板簧柔体模型速度较慢、计算板簧刚度误差较大的问题,提出了改进中性面法的建模思想,将所有主簧简化为某个等效中性面的单片主簧,考虑骑马螺栓约束的前提下,将中性面按厚度基本相似原则分成若干等强度直线段,按板簧中性面上各段真实特性设定Beam单元参数来模拟这些直线段.以某渐变刚度板簧为例,应用...     

基于泛形理论与概率统计理论的结合面接触刚度分析

泛形理论是根据分形理论逐渐发展而来的一种表征复杂几何形态的非线性方法。针对分形理论中结合面微凸体接触无限趋近于零的不合理现象,依据泛形理论和概率统计理论建立了粗糙表面与刚性平面接触的法向接触刚度数值模型。数值计算表明,法向接触刚度与复杂度表现出明显的非线性关系,并且随着复杂度的增大,接触刚度也随之增大。研究结论可供精密制造装备提供设计依据。     

一种基于虚拟材料参数的车身刚度匹配设计方法

传统的承载式客车车身普遍存在着左右两侧车身严重不对称,而车身载荷近似对称分布的问题.针对这一问题,本文结合车身左右侧性能互补的设计思想,初步提出一种基于虚拟材料参数的车身刚度匹配设计方法.以某待开发车型为载体展开研究,首先对整车结构进行了左右两侧的模块化分组,并通过调整材料参数给出车身单侧弯曲刚度的计算方法;然后通过对车身左右两侧杆件的结构布置与尺寸参数进行优化调整,对车身左右两侧结构进行性能互补的刚度匹配设计;最后通过分析对比匹配前后的车身各项性能,检验了此设计方法的正确性,并总结了该设计方法的具体流程.     

考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓抗弯刚度对T型连接初始抗弯刚度的影响,探讨了现阶段T型连接刚度的不同理论计算方法,并分析了不同计算方法的优缺点;在此基础上,采用连续梁模型导出了考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算公式;将公式计算结果与可靠的有限元模型计算结果进行对比,验证了公式的正确性;进而对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到了不同参数的影响规律.研究结果表明:随着翼缘厚度的减小和螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大,螺栓抗弯刚度对T型连接初始刚度的影响增大;对于普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时T型连接初始刚度的计算结果较不考虑时提高的幅度不足5%;但对于高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于高强钢T型连接,计算其初始刚度时,不可忽略螺栓的抗弯刚度.     

基于各向同性虚拟材料的固定结合面修正模型

为提高固定结合面的建模精度,建立了基于各向同性虚拟材料的固定结合面修正模型。根据弹性模量和切变模量的本质属性,对各向同性虚拟材料法中等效微凸体弹性模量和切变模量的求解原理进行了修正,并在此基础上通过加权方法推导了各向同性虚拟材料弹性模量和切变模量的表达式。利用修正后的各向同性虚拟材料模型和有限元软件对含有固定结合面的框形结构进行模态分析,得到框形结构的前6阶理论模态。将理论模态和实验模态进行比较,结果表明:理论模态与实验模态的前6阶振型一致,前6阶固有频率相对误差的绝对值在10%以内,验证了修正模型的有效性。