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螺纹副联接结构中接触非线性问题的研究与软件开发

王胜光  
【摘要】:本论文以光机系统的结构设计为背景,阐述了有限元方法的应用,并明确了螺纹副联接结构中接触非线性问题对求解动力学响应的影响。概述了非线性有限元技术的发展状况,在非线性问题的基础理论上,总结了非线性问题的分类和解题方法,重点阐述了接触非线性基本理论、常用解算方法以及各类解法的适用条件,同时以线性有限元为基础介绍了非线性有限元的求解方法及其收敛准则。 论文采用在光机系统中螺纹联接最佳预紧力的概念及其计算方法,利用接触体变形协调方程推导出预紧力与有限元模型中等效载荷之间的关系,同时在专用结构分析程序AASA(Aeronautic and Astronautic Structural Analysis software)的基础上,联合开发能够解算带有螺栓连接接触体的接触状态的非线性有限元程序,阐明如何建立带有螺栓接触体的有限元模型,为光机系统中的动力学分析奠定了基础。 根据AASA 输入数据和输出数据的内容、定义、个数及形式,为了简化繁琐的前后处理,通过PCL 语言(Patran Command Language)将专用程序AASA集成到业界公认前后处理能力最佳的有限元程序MSC.Patran 中,并对外部程序与MSC.Patran 的集成方法进行了总结,同时对两种集成方法作了比较。通过集成不但提供了良好的用户界面,而且可以极大地简化有限元建模的工作,并可以利用多种方式显示计算结果。 对光机系统中螺纹副联接结构的接触状态进行了计算分析,并对其结果进行了后处理,同时对其加载过程进行了试验。试验表明,分析结果与试验结果具有良好的一致性。


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