[发明专利]一种螺栓连接模型界面参数识别方法

权利要求书

1.一种螺栓连接模型界面参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：通过对螺栓连接结构切向界面的准静态实验，获取用于构建目标函数和计算切向参数初始值的实验数据；

S2：根据S1的实验数据和预先构建的理论模型中的理论数据构建目标函数，计算切向参数初始值；

S3：根据切向参数初始值对所构建的目标函数进行优化，获取切向参数辨识的结果；

S4：通过对螺栓连接结构法向界面的准静态实验，获取用于线性拟合的实验数据；

S5：根据S4的实验数据进行线性拟合，获取法向参数辨识的结果。

2.根据权利要求1所述的螺栓连接模型界面参数识别方法，其特征在于，S1具体包括，

将两段由钢材料制成的梁通过一颗螺栓连接起来，建立一个螺栓搭接梁结构，在螺栓与被连接件之间安装环形测力传感器用来控制所施加的初始螺栓预紧力，由此建立一个准静态实验环境；把实验件安装在电-液疲劳试验机上，将连接件的左端固定，右端沿连接界面切向施加准静态循环剪切位移载荷，通过试验机液压夹具自带的传感器和数据采集软件，获取位移与剪切力的实验数据，用于构建目标函数和计算切向参数初始值。

3.根据权利要求2所述的螺栓连接模型界面参数识别方法，其特征在于，在S2之前，还包括构建理论模型并获取理论数据，具体包括，

在连接界面上建立空间坐标系o-xyz，当承受拉压载荷时，被连接件受到沿界面法向(z方向)的约束力，由于螺栓连接的法向刚度具有非线性特性，得到螺栓连接法向约束力的分段线性表达式：

其中k_T、k_C分别为抗拉刚度和抗压刚度，u为被连接件沿z方向的位移分量，u₀为螺栓连接轴向刚度改变时对应的临界z向位移；

被连接件沿界面法向的相对运动会引起界面之间法向压力的变化：

其中，F_pre为螺栓预紧力；

由于存在法向压力，螺栓连接界面之间形成接触，接触面之间产生相对运动时存在摩擦行为，对应的摩擦状态包括粘滞、滑移、分离，进而对被连接件形成切向约束力，从而建立螺栓连接切向约束力表达式：

其中f_v、f_w分别为界面约束力沿空间坐标系o-xyz中x、y方向的分量，k_v、k_w是剪切刚度，k_vl、k_wl是界面发生滑移时的剩余剪切刚度，v、w是被连接件沿x、y方向的位移分量，d_v、d_w是干摩擦阻尼器沿x、y方向的位移分量，υ是界面摩擦系数，γ是摩擦方向角，定义为摩擦力与x方向之间的夹角，其求解表达式如下：

其中，建立的螺栓连接法向约束力的分段线性表达式和螺栓连接切向约束力表达式为理论模型；

根据理论模型和其对应的滞回曲线的几何关系可以推导出理论模型中一个滞回周期内的能量耗散为：

等效刚度为：

其中，能量耗散与等效刚度为理论数据。

4.根据权利要求3所述的螺栓连接模型界面参数识别方法，其特征在于，S2中构建目标函数，具体包括，

根据S1得到的实验数据绘制相应的滞回曲线，分别对一个滞回周期内加载段和卸载段的实验数据进行多项式函数拟合，具体为七次多项式，得到如下形式的滞回曲线表达式：

其中F_u表示加载段，F_d表示卸载段，v为沿界面切向的位移；

根据拟合得到的滞回曲线表达式得到一个滞回周期内的能量耗散和等效刚度计算表达式为：

其中，v₁、v₂是滞回曲线上位移的最小值与最大值；

以理论模型与实验所得等效刚度与能量耗散的误差最小为优化目标，构造以下形式的目标函数：