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复杂联接结构非线性有限元精确建模和模型确认方法研究

作　者: 郑宗勇
导　师: 郭勤涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 螺栓联接非线性有限元建模接触预应力模态实验设计模型修正响应面法模型确认
分类号: TH131.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

螺栓联接是一种非常普遍的联接方式,有螺栓联接必然存在联接面的接触。为得到精确的有限元模型和响应预报,必须考虑存在接触和螺栓预紧力情况下的模型修正和模型确认。本文通过有限元分析与实验分析相结合,对螺栓联接结构展开了模型修正和模型确认的研究,具体内容如下:针对螺栓联接结构非线性有限元建模分析,研究了考虑接触和螺栓预紧力的建模方法;分析了螺栓预紧力和联接面摩擦系数对螺栓联接结构的预应力模态频率的影响,并通过实验模态分析验证了有限元分析的精度;将该分析方法应用到一个复杂的航空电子机壳结构,获得了较理想的结果。对基于响应面法的螺栓联接结构预应力模态有限元模型修正问题进行了研究。通过实例表明响应面法可以实现快速建模;以模态频率为响应特征,对螺栓联接结构进行了模型修正,表明基于响应面法的模型修正是解决预应力模态模型修正的有效方法。阐述了螺栓联接结构模型确认的主要分析步骤,实现了用于螺栓联接结构的结构不确定性分析及其传递方法;采用基于子结构的模型修正方法与响应面法相结合,以实验测试结果为目标值对复杂联接结构的有限元模型进行修正,并使用合理的确认准则对有限元模型进行了确认。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
图表清单  10-13
注释表  13-14
第一章绪论  14-19
  1.1 有限元技术的发展概述  14-15
  1.2 结构有限元模型修正和模型确认的研究内容及研究状况  15-17
  1.3 本文研究的主要问题  17-18
  1.4 本文研究的课题来源和主要目标  18
  1.5 本文研究的主要内容  18-19
第二章螺栓联接结构非线性有限元建模分析  19-35
  2.1 引言  19-21
  2.2 接触问题的有限元法  21-24
    2.2.1 接触问题的表面非线性假设  21
    2.2.2 接触有限元分析理论  21-24
  2.3 螺栓建模及预应力模态介绍  24-27
    2.3.1 螺栓建模研究  24-26
    2.3.2 预应力模态分析  26-27
  2.4 非线性有限元建模分析实例研究  27-33
    2.4.1 螺栓联接结构有限元模型的建立  27-29
    2.4.2 不同螺栓预紧力下的预应力模态分析  29-32
    2.4.3 不同摩擦系数下的预应力模态分析  32-33
  2.5 实验验证分析  33-34
    2.5.1 板搭接结构模态实验  33
    2.5.2 振型相关分析  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章某复杂螺栓联接结构的静力学分析  35-42
  3.1 MD NASTRAN 接触分析介绍  35-39
    3.1.1 接触体的定义  35-36
    3.1.2 模拟分离  36
    3.1.3 接触表设置  36-38
    3.1.4 接触算法的基本流程  38-39
  3.2 某复杂螺栓联接结构有限元分析实例  39-41
    3.2.1 联接结构的有限元模型  39-40
    3.2.2 机壳结构有限元分析结果  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章基于响应面法的螺栓联接结构预应力模态有限元模型修正  42-58
  4.1 引言  42-43
  4.2 基于实验设计的响应面法及几种现代实验设计方法  43-51
    4.2.1 基于实验设计的响应面法  43-45
    4.2.2 响应面拟合及其检验标准  45-46
    4.2.3 几种常用的现代实验设计方法  46-50
    4.2.4 基于响应面法有限元建模仿真算例  50-51
  4.3 基于响应面法的预应力模态有限元模型修正的方法步骤  51-52
  4.4 基于响应面法的预应力模态有限元模型修正实例  52-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章复杂螺栓联接结构动力学有限元模型确认研究  58-74
  5.1 引言  58-59
  5.2 有限元模型确认的主要内容  59-63
    5.2.1 有限元模型确认的总体框架  59
    5.2.2 计算和实验模型的不确定性分析  59-61
    5.2.3 不确定性的正向与反向传递计算方法  61-62
    5.2.4 模型确认准则  62-63
  5.3 复杂螺栓联接结构的分级修正  63-68
    5.3.1 基于子结构的模型修正  63-64
    5.3.2 复杂螺栓联接结构基于子结构模型修正实例  64-68
  5.4 复杂螺栓联接结构的模态实验  68-70
  5.5 螺栓联接结构确认方法实例研究  70-73
    5.5.1 考虑不确定性因素的螺栓联接结构模型确认仿真实例  70-71
    5.5.2 考虑不确定性因素的螺栓联接结构模型确认应用实例  71-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 本文的主要工作  74
  6.2 后续研究以及展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81-82
附录  82-85
  A、板搭接结构建立响应面MATLAB 程序  82-83
  B、螺栓联接框架实验  83-85

复杂联接结构非线性有限元精确建模和模型确认方法研究

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