[发明专利]一种机械固定结合部建模方法

摘要

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。

主权项

1.一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(1)和零件二(2)，将零件一(1)和零件二(2)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Ez：其中，K_n^*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(1)和零件二(2)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：结合部的无量纲法向接触总载荷P*为：当D≠1.5时，当D＝1.5时，其中，P^*为结合部无量纲法向接触总载荷且A_r^*表示结合部无量纲实际接触面积a_c^*表示微凸体无量纲临界接触面积且G^*为无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+0.41v，v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，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Ex：其中，al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Gxz：其中，K_t^*为结合部的无量纲切向接触刚度，G′为等效切变模量且G₁、G₂、υ₁、υ₂，分别表示零件一(1)和零件二(2)的切变模量和泊松比；结合部的无量纲切向接触刚度为：当1＜D≤2时，D＝1时，其中，ψ为分形域扩展因子；4)、确定等效横观各向同性虚拟材料的泊松比υzx；将等效横观各向同性虚拟材料的泊松比υzx取近似值为0；5)、确定等效横观各向同性虚拟材料的泊松比υxy；将等效横观各向同性虚拟材料的泊松比υxy取近似值为0；6)、确定等效横观各向同性虚拟材料的密度ρ为其中，ρ1、ρ2分别为零件一(1)和零件二(2)的材料密度，ψ为分形域扩展因子；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。