基于弹性接触分析的车架螺栓连接结构分析方法研究

发布时间：2018-05-21 01:39

本文选题：车架 + 螺栓连接　；参考：《吉林大学》2011年硕士论文

【摘要】：螺栓连接结构作为一种重要的金属构件的连接形式,可以把构件紧密的接合起来,本文主要分析螺栓连接结构的力学性能及螺栓连接结构的受力特性,探索出螺栓连接结构合理的CAE建模方法。传统的建模方法将螺栓杆结构简化成一根圆柱形的梁单元,梁单元的半径与螺栓的实际半径相同,将梁单元的端部用刚性单元与被连接件相连接,刚性单元的连接点一般取在以螺栓杆中心线为中心的圆上,用于模拟螺栓与被连接件之间的相对位置关系,不考虑螺栓连接区域其它因素如螺栓预紧力和被连接件面与面之间弹性接触的作用,本文研究将螺栓预紧力和弹性接触考虑在内,螺栓预紧力是螺栓被拧紧的过程中发生拉伸变形而产生的力,预紧力将不同的板件压紧,起到连接的作用,预紧力太大,螺栓承受的力就会比较大,使用的寿命就难以保障,预紧力过小,构件之间的压紧力就不足,板件之间容易产生松动,连接效果差,所以预紧力的大小有一定的要求。被连接的板件之间还存在着面与面的接触,被螺栓连接的结构受到预紧力的作用而产生相互挤压的作用,挤压力是面与面之间有相对运动趋势的时候摩擦力产生的主要来源。精确计算需要将预紧力和面与面的弹性接触这两种重要的因素都考虑在内,将面与面之间的弹性接触用相邻节点之间的gap单元模拟。由于研究螺栓连接结构的CAE分析方法所建立的模型要反复调整,带有螺栓连接的车架结构复杂,增大了模型的调整和修改的难度和时间,本文通过建立典型的螺栓连接结构局部模型来研究基于弹性接触分析的螺栓连接结构建模方法,通过小模型的研究来探索螺栓连接区域的性能,这样在保证研究方向正确的条件下减小了工作量并提高了研究效率。考察螺栓连接局部模型在三个典型的工作状态下如拉伸、弯曲、剪切状况下的受力特性,能够全面的反映出螺栓连接结构在承受载荷时的力学性能。与螺栓连接结构原建模方法进行对比,比较出基于弹性接触的螺栓连接建模方法的合理性,研究出一种更加准确的建模方法。对局部模型结构进行疲劳寿命分析,分析基于弹性接触分析的螺栓连接结构建模方法在结构耐久性方面的性能,进行疲劳寿命分析需要计算螺栓连接结构局部模型在某个受力状态下的分析结果,得到螺栓连接结构模型单元的基本应力信息,创建进行疲劳寿命分析的基本参数如材料的韦勒曲线等,将计算求得的单元应力信息与某个载荷信号进行叠加,得到单元的总体应力信息,将这些应力信息进行一定的计数统计得到螺栓连接结构局部模型的疲劳寿命。分析结构的比较它与原建模方法的疲劳寿命的差异,分析比较两种不同建模方法的合理性,并研究螺栓连接结构抗疲劳特性。首先不考虑螺栓的紧固力和板件之间的相互接触,建立车架结构的有限元模型,进行车架强度分析时考虑两种典型的工作状况弯曲工况和扭转工况,弯曲工况是考察车架在崎岖不平的路面行驶时结构的强度,所承受的载荷主要使结构产生弯曲变形,所以叫做弯曲工况,为满足舒适性的要求车架要有一定的弯曲刚度,这样可以减小在行驶过程中的颠簸,使车辆更加平稳,扭转工况时考察车架一个车轮被障碍物踮起或者在坑洼路面悬空时车架整体抗扭的强度情况,约束三个轮端部,在悬空轮一端加上与簧下质量等效的力,为保证校核的可靠性采用偏于危险的评估原则加一定的动荷系数在对载荷进行放大。将不考虑弹性接触的模型与考虑弹性接触的模型进行对比,研究弹性接触对模型整体应力分布的影响,探索出一种更加精确的车架结构分析方法。对螺栓连接结构的车架进行疲劳寿命的快速评估,使用应力的线性叠加方法对危险事件下的疲劳寿命进行综合分析,研究有效的车架结构耐久性分析方法。带有弹性接触的车架结构建模方法工作量比较大,需要一定的调整来建立整齐的gap单元,通过单元的复制平移的方法使接触面网格节点对齐。研究在不考虑弹性接触的情况下通过调整螺栓连接区域的方法来增强螺栓结构的承载能力,使调整螺栓截面之后连接板的应力分布更加接近于带有弹性接触的模型。为减小弹性接触分析建模的工作量将螺栓连接结构的局部做成模块,在模块中细化螺栓连接结构的局部包括螺栓连接的超单元结构和被连接面之间的弹性接触,为了减小车架螺栓连接结构建模的工作量和模型的的规模以减小计算量,研究梁壳混合的车架螺栓连接结构的建模方法,在车架中没有螺栓连接和弹性接触的部位采用梁单元来模拟,将原有的大型壳单元车架结构简化成线框形式的梁单元,这样就大大减小了模型的规模,通过梁壳混合的形式将车架的梁单元与壳单元结合起来,既缩减了模型的规模,又保证了重要部位的计算精度。通过车架螺栓连接的等效简化模型的研究,在保证仿真合理性的前提下减小工作量。通过高效的CAE分析方法研究车架结构设计的不足并方便设计人员进行改进,充分发挥CAE分析方法的优势并缩短设计周期,提高产品性能,以达到并行工程的目的。
[Abstract]:This paper mainly analyzes the mechanical property of bolt connection structure and the force characteristic of bolt connection structure , and explores the relationship between bolt pre - tightening force and bolt ' s actual radius .

In this paper , the structural durability of bolted connection structure is analyzed by establishing a local model of bolt connection structure , and the fatigue life of bolt connection structure is analyzed . The fatigue life of bolt connection structure is analyzed . The fatigue life of bolt connection structure is analyzed .

A finite element model of the frame structure is established without regard to the fastening force of the bolt and the mutual contact between the plates .

The invention relates to a method for modeling a frame bolt connection structure of a frame bolt connecting structure by adjusting a bolt connection area without considering elastic contact .

Through the research of the equivalent simplified model of the frame bolt connection , the workload can be reduced on the premise of guaranteeing the simulation rationality . Through the high - efficiency CAE analysis method , the deficiency of the frame structure design is researched , and the design personnel are convenient to improve , the advantage of CAE analysis method is fully exerted , the design cycle is shortened , and the product performance is improved , so as to achieve the purpose of parallel engineering .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH131.3

【引证文献】