基于有限元法的螺栓连接结构模态参数识别

艾延廷 翟 学 乔永利

沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室，沈阳，110136

0 引言

机械装配中的连接形式种类繁多，包括端面紧度配合连接、螺栓连接、销连接、焊接、胶结等［1］。在进行动力学仿真分析时，如何正确处理零件与零件之间的连接或装配关系是一个关键技术问题［2］。目前，螺栓连接结构在机械装配中的应用最为广泛，但在对有螺栓连接的机械结构进行有限元分析时，由于加载模拟螺栓预紧力较为困难，且计算十分耗时［3］，因此，工程中一般不考虑螺栓预紧力对其振动模态的影响，而是将螺栓连接简化成完全刚性连接，将结构中的各个部件直接合并成为一个整体，即一体化。这种分析模型无法正确反映螺栓连接结构中的刚性连接和阻尼连接以及螺栓预紧力对其动力学特性的影响［4］，其计算结果与实际情况相差很大，螺栓数量较多时则无法在实际应用中使用。随着有限元技术及计算机技术的发展，人们不断探索螺栓预紧力作用下连接结构的有限元计算方法［3，5－9］，取得了一定的进展，如以直接施加静态力的方法进行螺栓载荷处理［5］，但这种处理方法有很大的局限性，也会造成有限元计算结果的误差［6］；还有利用有限元软件中的预紧力单元模拟螺栓预紧力，采用降温法、渗透接触法等方法进行计算［3］，但都与实际有一定的误差，且计算复杂、耗时。

本文以L形螺栓连接结构为例，应用层单元法及多点约束技术建立有限元模型，通过层单元材料属性的优化设计来达到准确模拟螺栓预紧力的目的。……