本發(fā)明涉及一種有限元建模方法,具體涉及一種跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法。
背景技術(shù):在機(jī)械連接結(jié)構(gòu)中,為了減小被連接件沿縱向伸縮位移的限制,常用如圖1所示跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)來連接,螺栓可在跑道形孔內(nèi)滑動(dòng)。跑道形螺栓的存在既能有效的限制橫向和垂向位移,又能保證被連接件沿縱向的伸縮移動(dòng),使得由于縱向變形受限制而產(chǎn)生的次彎曲減小,從而避免連接處嚴(yán)重的應(yīng)力集中。然而跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)作用相當(dāng)復(fù)雜,為了研究其物理機(jī)理以及力學(xué)性能,常采用數(shù)值模擬方法來分析,所以建立一種統(tǒng)一的高效可行的跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元建模方法十分必要。在進(jìn)行跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元分析時(shí),傳統(tǒng)上通常采用三維實(shí)體建模方法??紤]接觸的三維實(shí)體模型能很好的模擬螺栓與被連接件之間的連接,該方法能夠分析連接件內(nèi)部及其周邊結(jié)構(gòu)的變形以及應(yīng)力特征,且能夠考慮墊圈尺寸、預(yù)緊力、表面滑移、接觸空隙以及溫度效應(yīng)等對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響。然而,該方法建模復(fù)雜,計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng),尤其針對(duì)于實(shí)際大型結(jié)構(gòu),往往含有數(shù)目龐大的螺栓群,這種方法是不能勝任其結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:發(fā)明目的:為了現(xiàn)有連接建模技術(shù)計(jì)算量大、模擬困難、無法運(yùn)用于含有大量連接件的大型結(jié)構(gòu)中的問題,本發(fā)明提供一種跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法,采用一種簡(jiǎn)化的組合單元來模擬跑道形螺栓連接,在保證精度的同時(shí)能極大的提高效率,具有十分重要的工程意義。技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明中跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元建模方法,包括以下步驟:(1)建立跑道形螺栓連接結(jié)構(gòu)的3D幾何模型,所述螺栓連接結(jié)構(gòu)包括被連接件和螺栓連接件,所述被連接件包括第一、第二、第三被連接板,所述第一、第三連接板上設(shè)置有相同大小的圓狀螺栓孔,所述第二被連接板上設(shè)置有跑道狀螺栓孔;(2)根據(jù)所述被連接件的3D幾何模型建立被連接件的有限元模型;(3)根據(jù)所述被連接件的有限元模型以及所述螺栓連接件的3D幾何模型建立螺栓與被連接件相互接觸區(qū)域的有限元模型;(4)利用Bush單元建立螺栓連接件的有限元模型。其中,上述步驟(2)中根據(jù)所述被連接件的3D幾何模型建立被連接件的有限元模型包括以下步驟:(2.1)從所述被連接件的3D幾何模型中抽取所述第一、第二、第三被連接板的幾何中面得到第一、第二、第三中面;(2.2)以螺栓孔中心所在位置為控制點(diǎn),分別在所述第一、第三中面上的圓狀螺栓孔周圍、在所述第二中面上的跑道狀螺栓孔周圍形成局部加密網(wǎng)格,并使網(wǎng)格呈現(xiàn)有規(guī)律的輻射狀;(2.3)采用殼單元分別建立每個(gè)中面的有限元模型,得到所述被連接件的有限元模型。其中,上述步驟(3)中根據(jù)所述被連接件的有限元模型以及所述螺栓連接件的3D幾何模型建立螺栓與被連接件相互接觸區(qū)域的有限元模型,包括如下步驟:(3.1)在所述第一、三中面上的圓狀螺栓孔、所述第二中面上的跑道狀螺栓孔的中心處分別建立一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn);(3.2)根據(jù)螺栓連接件的尺寸確定所述第一、二、三中面上的受壓區(qū)域;(3.3)將所述被連接件的有限元模型上受壓區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)作為非獨(dú)立節(jié)點(diǎn),并將所述非獨(dú)立節(jié)點(diǎn)通過RBE2單元與獨(dú)立...