一種套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，首先建立套筒鉚接結(jié)構(gòu)的3D幾何模型，包括套筒結(jié)構(gòu)的3D幾何模型和套筒結(jié)構(gòu)連接用鉚釘?shù)?D幾何模型，還包括順序執(zhí)行的以下步驟：步驟（1）、建立套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)外筒的有限元模型；步驟（2）、建立模擬套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)外筒壁之間接觸力的有限元模型；步驟（3）、建立鉚釘?shù)挠邢拊Ｐ?。本發(fā)明充分考慮了套筒之間的接觸力并通過建立桿單元來模擬，同時相比于三維實體單元的建模方法更加簡化，無需考慮非線性因素的影響，使得連接建模過程不再復(fù)雜繁瑣，建模方法簡單快捷，有利于處理自由度較大、連接較多的建模問題。
【專利說明】一種套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有限元建模方法，具體涉及一種套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法【背景技術(shù)】
[0002]套筒鉚接結(jié)構(gòu)是常用的裝配結(jié)構(gòu)之一，與螺紋緊固件等連接相比，以其經(jīng)濟實用、裝配效率高和自動化程度高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、機械制造、家電制造等領(lǐng)域。同時，套筒內(nèi)外壁間的連接件會顯著影響彈體的力學(xué)特性，所以如何準(zhǔn)確的模擬這些連接是分析該類結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的一個關(guān)鍵問題。
[0003]近年來，隨著計算機性能的提高，數(shù)值模擬成為重要的分析手段。傳統(tǒng)的套筒鉚接結(jié)構(gòu)通常采用三維實體單元、梁單元和彈簧單元等來進行有限元建模。若采用鉚釘?shù)娜S實體單元模擬具有較好的精度，然而在建模分析中由于單元較多且需考慮接觸等非線性因素的影響，計算量較大，不適合連接較多和自由度較大的結(jié)構(gòu)；若在套筒鉚接結(jié)構(gòu)中采用梁單元與彈簧單元模擬鉚釘不能考慮內(nèi)外筒之間的接觸力，鉚釘所受的作用力偏大，計算精度不高。所以，對于套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模來說，重在保證有限元建模精度的同時提高分析效率。因此，提出一種簡單易行的套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法具有重要的工程應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種既能夠保證建模精度，又能提高分析效率的套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]1、一種套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，首先建立套筒鉚接結(jié)構(gòu)的3D幾何模型，包括套筒結(jié)構(gòu)的3D幾何模型和套筒結(jié)構(gòu)連接用鉚釘?shù)?D幾何模型，其特征在于:還包括順序執(zhí)行的以下步驟:
[0007]步驟(I)、建立套筒結(jié)構(gòu)中內(nèi)外筒的有限元模型；
[0008]步驟(2 )、建立模擬套筒結(jié)構(gòu)中內(nèi)外筒壁之間接觸力的有限元模型，具體包括順序執(zhí)行以下步驟:
[0009]步驟(2.1)、采用兩列或兩列以上的桿單元建立模擬套筒內(nèi)外筒壁接觸力的有限元模型，所述桿單元垂直于套筒的內(nèi)外筒壁；
[0010]步驟(2.2)、根據(jù)套筒鉚接結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)確定桿單元的材料與幾何參數(shù)，其中桿單元的彈性模量取鉚釘材料彈性模量的IO5?IOltl倍，桿單元的密度取鉚釘材料密度的10-1°?10_5倍，桿單元的幾何尺寸與鉚釘?shù)膸缀纬叽缦喈?dāng)；
[0011]步驟(3)、建立鉚釘?shù)挠邢拊Ｐ?，具體包括順序執(zhí)行以下步驟:
[0012]步驟(3.1)、在鉚釘所在位置建立局部坐標(biāo)系，設(shè)定X向為鉚釘?shù)拈L度方向，Y向和Z向均為垂直于鉚釘長度的方向，且Y向與Z向相互垂直；
[0013]步驟(3.2)、建立鉚釘單元，設(shè)定鉚釘單元在X、Y、Z方向以及繞X、Y、Z轉(zhuǎn)動方向RX、RY、RZ的剛度為:
【權(quán)利要求】
1.一種套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，首先建立套筒鉚接結(jié)構(gòu)的3D幾何模型，包括套筒結(jié)構(gòu)的3D幾何模型和套筒結(jié)構(gòu)連接用鉚釘?shù)?D幾何模型，其特征在于:還包括順序執(zhí)行的以下步驟: 步驟(1)、建立套筒結(jié)構(gòu)中內(nèi)外筒的有限元模型； 步驟(2 )、建立模擬套筒結(jié)構(gòu)中內(nèi)外筒壁之間接觸力的有限元模型，具體包括順序執(zhí)行以下步驟: 步驟(2.1)、采用兩列或兩列以上的桿單元建立模擬套筒內(nèi)外筒壁接觸力的有限元模型，所述桿單元垂直于套筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)外筒壁； 步驟(2.2)、根據(jù)套筒鉚接結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)確定桿單元的材料與幾何參數(shù)，其中桿單元的彈性模量取鉚釘材料彈性模量的IO5~101°倍，桿單元的密度取鉚釘材料密度的10,~10_5倍，桿單元的幾何尺寸與鉚釘?shù)膸缀纬叽缦喈?dāng)； 步驟(3)、建立鉚釘?shù)挠邢拊Ｐ停唧w包括順序執(zhí)行以下步驟: 步驟(3.1)、在鉚釘所在位置建立局部坐標(biāo)系，設(shè)定X向為鉚釘?shù)拈L度方向，Y向和Z向均為垂直于鉚釘長度的方向，且Y向與Z向相互垂直； 步驟(3.2)、建立鉚釘單元，設(shè)定鉚釘單元在X、Y、Z方向以及繞X、Y、Z轉(zhuǎn)動方向Rx、RY、Rz的剛度分別為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒鉚接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其特征在于:步驟(1)中包括順序執(zhí)行的以下步驟: 步驟(1.1)、由套筒結(jié)構(gòu)的3D幾何模型抽取得到套筒結(jié)構(gòu)中內(nèi)外筒的中面幾何模型； 步驟(1.2)、以鉚釘所在位置為控制點在內(nèi)外筒的中面幾何模型上布置有限元網(wǎng)格硬占.步驟(1.3)、采用殼單元建立套筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)外筒的有限元模型。
【文檔編號】G06F17/50GK103745068SQ201410032575
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李彥斌, 費慶國, 吳邵慶, 姜東 , 張鵬 申請人:東南大學(xué)