[发明专利]一种机械固定结合部建模方法

说明书

一种机械固定结合部建模方法，属于机械结构动态特性分析领域，其特征是：Ⅰ、设构成固定结合部的两个零件分别为零件一和零件二，将零件一和零件二固定结合部等效为横观各向同性的虚拟材料，获取横观各向同性虚拟材料的五个独立弹性常数和密度；Ⅱ、将等效横观各向同性虚拟材料的弹性常数以及密度输入到有限元软件中，得到含有固定结合部的机械结构的有限元模型。本发明为固定结合部动力学建模提供了一种新的有效且便捷的方法，实现了固定结合部动力学建模与有限元分析软件的无缝衔接集成，避免了传统的固定结合部弹簧‑阻尼器建模的繁杂以及与有限元分析软件集成与实际操作的不便性。

技术领域

本发明属于机械结构动态特性分析技术领域，具体涉及一种机械固定结合部建模方法。

背景技术

机械结构设计初期，要评估机械结构的动态特性，需要建立机械结构的动力学模型。应用有限元法、模态分析与综合技术，可以对复杂结构零件的动态特性在设计阶段做出比较精确的预断。但是，在进行机械结构整体动态特性分析时却产生了很大的误差，其中的主要原因是在准确建立零件联接处的结合部动力学模型时存在困难。目前，一般通过将固定结合部等效为粘弹性单元的方法对机械固定结合部进行建模，这一方法简单实用，已经被众多研究者和工程师所采用，但是该方法忽略了结合部各单元及单元自由度之间的耦合作用，因此建模精度不高，并且与有限元软件衔接比较困难，不易操作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术之不足，提高建模精度，并且容易与有限元软件衔接集成，操作简便，本发明提供一种机械固定结合部建模方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种机械固定结合部建模方法，其特征在于，该建模方法包括下述步骤：

Ⅰ、设构成固定结合部的两个零件分别为零件一和零件二，将零件一和零件二固定结合部等效为横观各向同性的虚拟材料，获取横观各向同性虚拟材料的五个独立弹性常数和密度：

1)、确定横观各向同性虚拟材料在对称轴z方向的弹性模量E_z：

①

其中，为结合部的无量纲法向接触刚度，E′为等效弹性模量且E₁、E₂、υ₁、υ₂分别表示零件一和零件二的弹性模量和泊松比，A_a为结合部名义接触面积，h为结合部的厚度；

结合部的无量纲法向接触刚度为：

②

结合部的无量纲法向接触总载荷P^*为：

当D≠1.5时，

③

当D＝1.5时，

④

其中，P^*为结合部无量纲法向接触总载荷且表示结合部无量纲实际接触面积且a_c^*表示微凸体无量纲临界接触面积且G^*为无量纲分形粗糙度且D为轮廓分形维数；K为硬度系数且K＝0.454+0.41υ，υ为接触材料中较软材料的泊松比；Y为接触材料中较软材料的屈服强度；α为大于1的常数，对于服从正太分布的随机表面，通常取α＝1.5；

2)、获取等效横观各向同性虚拟材料在各向同性轴x(或y)轴方向的弹性模量E_x：

⑤

其中，a_l为微凸体最大接触面积，ψ为分形域扩展因子；

3)、利用式③、式④、式⑥、式⑦、式⑧确定等效横观各向同性虚拟材料在x-z平面内的切变模量G_xz：