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螺栓结合部的动力学建模及其动态特性的研究

周玲霞  
【摘要】:螺栓连接因拆卸方便而广泛应用于机械结构中,螺栓结合部特性对整机动态特性影响很大。由于螺栓结合部是多结合面的复杂结合部,在采用有限元软件分析和研究含螺栓的机械结构的动态特性时,无法直接建模。因此,探索一种能反映螺栓结合部特性简单有效的建模方法具有重要意义,本文主要从螺栓结合部的动力学建模及其动态特性的影响因素进行分析研究。采用ANSYS单元库中的combin14单元来等效搭接梁结构的单螺栓结合部,进行自由模态分析,获取前6阶模态参数;同时,采用虚拟材料层的建模方法对单螺栓结合部进行等效,同样进行自由模态分析,提取前6阶模态参数。利用LMS Test.Lab14A对结构进行模态测试,获得结构的前6阶固有频率及模态振型,并将两种理论计算结果与模态测试结果进行比较。结果表明,两种建模方法的理论振型和实验振型均相似,通过与实验固有频率的定量比较,弹簧单元建模方法的精度高于虚拟材料层的建模方法,其误差均在2.2%以内,说明了弹簧单元等效方法在单螺栓结合部建模方面的正确性和有效性。对含双螺栓结合部的哑铃状结构同样采用两种等效建模方法进行有限元建模及模态分析,利用实验测试结果对两种建模方法的精度进行验证。结果表明,采用弹簧单元的建模方法与实验固有频率误差最大为14.8%,而采用虚拟材料层的建模方法误差达到了33.6%。因此,在对多螺栓结合部进行建模时,要想获得更高的建模精度,应选用弹簧单元等效结合部的建模方法。通过单、双螺栓结合部建模方法与实验结果的比较,弹簧单元等效建模方法具有更高的建模精度,故进一步采用弹簧单元等效方法对螺栓结合部的动态特性进行了深入分析和研究,分别研究了不同的螺栓预紧力、表面粗糙度、结合面材料、螺栓分布及螺栓数量对螺栓结合部固有频率的影响规律,为螺栓结合部的动态特性分析提供参考依据。


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