基于虚拟材料复模量非均匀分布的螺栓连接薄板结构半解析建模

刘晓峰，孙 伟✉，孙 悦

1) 东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110819 2) 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室，沈阳 110819

螺栓连接由于结构简单、成本低、便于装拆且具有一定可靠性而被广泛应用. 现代航空发动机的连接结构亦多采用螺栓进行紧固连接. 螺栓连接结构相比于整体结构，其结合部处整体刚度会有所下降，且该部分会产生一定的阻尼作用，两者共同作用，从而对整个结构的力学特性产生影响. 因此，如何有效的模拟螺栓连接结构的结合部，对研究整个螺栓连接结构的力学特性至关重要.

近年来，很多学者致力于螺栓连接结构的力学特性研究，研究人员通常会建立精确地高保真模型进行螺栓结合部的静力学分析. 例如，Reid和Hiser[1]采用非线性有限元分析方法，建立了螺栓结合部在剪切荷载作用下单向滑动的模型，在一定精度上再现了物理实验中出现的力-位移滞回曲线. Sawa等[2]建立了螺栓连接结构的三维有限元模型，分析了考虑螺纹的螺旋应力分布和其分别在循环载荷和静载荷作用下的弹塑性变形状态. Luyt等[3]对两种圆形螺栓法兰装置进行了完整的有限元建模，可以准确地预测带有黏弹性垫圈的平面和凸起法兰组件在阀座状态下的蠕变松弛效应. Zhang等[4]建立了考虑螺旋螺纹的螺栓连接板结构三维有限元模型，研究了其在轴向张力作用下沿啮合螺纹的载荷传递行为. 由于高保真模型建模复杂、耗时长，分……