预紧连接结构非线性力学模型研究
发布时间：2023-03-21 17:56
大量复杂结构系统,例如航空发动机、飞行器、车辆和武器系统等是由不同的零部件组合而成的。以武器系统为例,其由战斗部、动力装置、制导系统和弹体四大部件组成,各部件由种类繁多的零件组成。零件与零件、零件与部件、部件与部件之间通过不同的连接结构进行组合装配,形成系统。在外力作用下,连接接触部位复杂的微、宏观滑移现象会对系统整体力学行为产生显著的影响,造成结构系统刚度非线性,引起结构阻尼,并产生能量耗散。已有研究表明,由连接接触滑移所引起的能量耗散是结构阻尼的重要来源,占到整体阻尼的90%。在复杂的组合工程结构系统动力学分析中,采用直接数值模拟(DNS,direct numerical simulation)方法往往会受到计算规模和时间步长的限制而不可行。例如,航空发动机整体具有米级尺度,而有效描述连接力学行为的单元为10-5米级尺度;另一方面,达到稳态响应需要数秒的计算时长,显式时间步长将在纳秒量级。综合这两方面的因素可知,问题的规模和总时步将异常庞大而使计算无法进行下去。因此,开展连接接触非线性特性研究,建立描述其非线性力学行为的理论模型,有效降低这类问题的求解规模和总计算时步,具有重要的意...
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 连接接触界面非线性力学行为
1.3 连接接触模型
1.3.1 准静态摩擦模型
1.3.2 动态摩擦模型
1.3.3 连接接触本构模型
1.4 连接结构数值计算
1.5 连接结构实验研究
1.6 本文的主要研究内容
2 平板搭接结构能量耗散特性研究
2.1 引言
2.2 平板塔接结构能量耗散力学模型
2.2.1 Goodman能量耗散模型
2.2.2 修正摩擦能量耗散模型
2.3 接触有限元方法
2.3.1 接触问题的约束描述
2.3.2 罚函数法增量有限元方程
2.3.3 Lagrange乘子法增量有限元方程
2.4 算例分析
2.4.1 接触算法对计算结果的影响
2.4.2 库仑摩擦模型计算
2.4.3 修正摩擦模型计算
2.5 本章小结
3 非均匀密度函数的六参数Iwan模型
3.1 引言
3.2 Iwan模型
3.3 六参数非均匀密度函数
3.4 六参数Iwan模型力-位移关系
3.4.1 骨线方程
3.4.2 微观滑移卸载方程
3.4.3 宏观滑移卸载方程
3.5 六参数Iwan模型能量耗散
3.6 本章小结
4 六参数Iwan模型的参数辨识与离散化方法研究
4.1 引言
4.2 六参数Iwan模型参数辨识方法
4.3 六参数Iwan模型离散化方法
4.3.1 基于位移的算术级数离散方法
4.3.2 基于位移的几何级数离散方法
4.3.3 基于刚度的算术级数离散方法
4.3.4 基于刚度的几何级数离散方法
4.4 算例分析
4.5 本章小结
5 螺栓连接结构实验研究
5.1 引言
5.2 扭力校核预实验
5.3 迟滞回线预实验
5.4 准静态实验
5.4.1 表面粗糙度的影响
5.4.2 螺栓预紧力矩的影响
5.4.3 螺栓排布方式的影响
5.4.4 螺栓连接结构力-位移关系
5.5 BMD振动实验
5.5.1 表面粗糙度的影响
5.5.2 螺栓预紧力矩的影响
5.5.3 螺栓排布方式的影响
5.6 本章小结
6 含螺栓连接结构的薄壁圆筒动力学特性研究
6.1 引言
6.2 薄壁圆筒实验装置
6.3 薄壁圆筒动力学实验研究
6.3.1 正弦扫频实验
6.3.2 定频激励实验
6.4 薄壁圆筒有限元数值模拟
6.5 本章小结
7 六参数Iwan模型适用性研究
7.1 引言
7.2 修正摩擦模型数值计算结果表征
7.2.1 修正摩擦模型有限元数值计算
7.2.2 基于修正摩擦模型算例的参数辨识
7.2.3 基于修正摩擦模型算例的离散化数值计算
7.3 连接结构实验研究结果表征
7.3.1 微观滑移情况的参数辨识
7.3.2 宏观滑移情况的参数辨识
7.3.3 基于连接结构实验的离散化数值计算
7.4 本章小结
8 结论
8.1 全文总结
8.2 论文创新点
8.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3767025
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 连接接触界面非线性力学行为
1.3 连接接触模型
1.3.1 准静态摩擦模型
1.3.2 动态摩擦模型
1.3.3 连接接触本构模型
1.4 连接结构数值计算
1.5 连接结构实验研究
1.6 本文的主要研究内容
2 平板搭接结构能量耗散特性研究
2.1 引言
2.2 平板塔接结构能量耗散力学模型
2.2.1 Goodman能量耗散模型
2.2.2 修正摩擦能量耗散模型
2.3 接触有限元方法
2.3.1 接触问题的约束描述
2.3.2 罚函数法增量有限元方程
2.3.3 Lagrange乘子法增量有限元方程
2.4 算例分析
2.4.1 接触算法对计算结果的影响
2.4.2 库仑摩擦模型计算
2.4.3 修正摩擦模型计算
2.5 本章小结
3 非均匀密度函数的六参数Iwan模型
3.1 引言
3.2 Iwan模型
3.3 六参数非均匀密度函数
3.4 六参数Iwan模型力-位移关系
3.4.1 骨线方程
3.4.2 微观滑移卸载方程
3.4.3 宏观滑移卸载方程
3.5 六参数Iwan模型能量耗散
3.6 本章小结
4 六参数Iwan模型的参数辨识与离散化方法研究
4.1 引言
4.2 六参数Iwan模型参数辨识方法
4.3 六参数Iwan模型离散化方法
4.3.1 基于位移的算术级数离散方法
4.3.2 基于位移的几何级数离散方法
4.3.3 基于刚度的算术级数离散方法
4.3.4 基于刚度的几何级数离散方法
4.4 算例分析
4.5 本章小结
5 螺栓连接结构实验研究
5.1 引言
5.2 扭力校核预实验
5.3 迟滞回线预实验
5.4 准静态实验
5.4.1 表面粗糙度的影响
5.4.2 螺栓预紧力矩的影响
5.4.3 螺栓排布方式的影响
5.4.4 螺栓连接结构力-位移关系
5.5 BMD振动实验
5.5.1 表面粗糙度的影响
5.5.2 螺栓预紧力矩的影响
5.5.3 螺栓排布方式的影响
5.6 本章小结
6 含螺栓连接结构的薄壁圆筒动力学特性研究
6.1 引言
6.2 薄壁圆筒实验装置
6.3 薄壁圆筒动力学实验研究
6.3.1 正弦扫频实验
6.3.2 定频激励实验
6.4 薄壁圆筒有限元数值模拟
6.5 本章小结
7 六参数Iwan模型适用性研究
7.1 引言
7.2 修正摩擦模型数值计算结果表征
7.2.1 修正摩擦模型有限元数值计算
7.2.2 基于修正摩擦模型算例的参数辨识
7.2.3 基于修正摩擦模型算例的离散化数值计算
7.3 连接结构实验研究结果表征
7.3.1 微观滑移情况的参数辨识
7.3.2 宏观滑移情况的参数辨识
7.3.3 基于连接结构实验的离散化数值计算
7.4 本章小结
8 结论
8.1 全文总结
8.2 论文创新点
8.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3767025
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