一种基于ABAQUS的多螺栓连接结构建模方法
文献发布时间:2023-06-19 10:43:23
技术领域
本发明属于飞机结构建模技术领域,具体涉及一种基于ABAQUS的多螺栓连接结构建模方法。
背景技术
在飞机结构工程中,螺栓连接方式大量应用于飞机零件的组装。对于复杂航空结构件,螺栓紧固件的数量往往成百上千,在进行数值仿真时,如果考虑到螺栓的真实结构,将会显著增加计算成本,且会出现收敛性问题。以往的研究通过“弹簧元”来等效螺栓结构,弹簧元只能定义单元的刚度属性,只能模拟螺栓连接结构的线弹性阶段,无法模拟螺栓连接结构进入塑性后的状态,也无法模拟螺栓破坏及载荷重新分配。
发明内容
本发明的目的是:设计一种基于ABAQUS的多螺栓连接结构建模方法,通过数值仿真确定多螺栓连接结构承载时的载荷分配与传力路径,为工程实践提供参考。
为解决此技术问题,本发明的技术方案是:
一种基于ABAQUS的多螺栓连接结构建模方法,包括:
建立多螺栓连接结构的有限元模型,其中,在螺栓位置通过BUSHING单元模拟螺栓紧固件;
获得螺栓载荷-位移曲线;
根据螺栓载荷-位移曲线,将螺栓刚度及强度参数赋予BUSHING单元。
建立多螺栓连接结构的有限元模型,在螺栓位置通过BUSHING单元模拟螺栓紧固件,包括:
将螺栓连接结构数模导入ABAQUS中,建立有限元模型,并在模型中确定螺栓连接位置;
在螺栓连接位置建立BUSHING单元,将结构各组件连接。
根据螺栓载荷-位移曲线,将螺栓刚度及强度参数赋予BUSHING单元,包括:
在螺栓载荷-位移曲线中得到各个位移下螺栓的弹性参数、塑性参数及破坏载荷;
将螺栓的弹性参数、塑性参数及破坏载荷赋予BUSHING单元来定义BUSHING单元的弹性刚度、塑性参数及破坏准则。
根据螺栓载荷-位移曲线,将螺栓刚度及强度参数赋予BUSHING单元,还包括:
定义BUSHING单元的影响区域为螺栓紧固件的半径。
根据螺栓载荷-位移曲线,将螺栓刚度及强度参数赋予BUSHING单元之后,所述方法还包括:
施加位移边界条件及载荷边界条件;
对赋予参数的有限元模型进行验证计算。
建立多螺栓连接结构的有限元模型,包括:
将多螺栓连接结构的三维模型导入至ABAQUS中,对导入后的模型划分网格,在螺栓连接孔位置建立Bushing单元作为螺栓紧固件连接上板与下板。
螺栓载荷-位移曲线中提取离散点的坐标赋予BUSHING单元。
一种计算机可读的存储介质,其上存储有计算机指令,所述指令被处理器执行时实现上述方法。
有益效果:此方法能够快速、准确的建立螺栓结构的简化有限元模型,从而得到结构的外载响应,钉载分配及传力路径等,为工程设计提供参考。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明,其中:
图1为试验件三维数模;
图2为单钉结构挤压试验载荷-位移曲线;
图3为BUSHING单元示意图;
具体实施方式
本发明提供一种基于ABAQUS的多螺栓连接结构建模方法,包括:
步骤一、建立全尺寸有限元模型,在螺栓位置通过BUSHING单元模拟螺栓紧固件。
步骤二、通过挤压试验获得螺栓载荷-位移曲线,将螺栓刚度及强度参数赋予BUSHING单元。
所述的步骤一具体为:
1、将螺栓连接结构数模导入ABAQUS中,并确定螺栓连接位置。
2、在螺栓连接位置建立BUSHING单元,将结构各组件连接。
所述的步骤二具体为:
1、通过单钉剪切试验获得螺栓载荷-位移曲线,在曲线中得到螺栓的线性刚度、塑性参数及破坏准则;
2、将螺栓弹性参数、塑性参数及破坏载荷赋予BUSHING单元,定义BUSHING单元的弹性刚度、塑性参数及破坏准则。
3、定义BUSHING单元的影响区域为螺栓紧固件的半径R。
4、施加位移边界条件及载荷边界条件。
采用本发明,结合商用有限元软件ABAQUS建立螺栓连接简化模型,有限元模型具体方法如下:
采用本发明,结合商用有限元软件ABAQUS建立螺栓连接简化模型,有限元模型具体方法如下:
1、将CATIA三维数模(图1)导入有限元建模软件ABAQUS中;
2、从CATIA三维数模中输出模型螺栓点坐标,输入至ABAQUS中建立螺栓连接点位置;
3、建立BUSHING单元,BUSHING单元为双节点单元,一个节点选择连接件上的螺栓点,另一个节点选择被连接件上的螺栓点,利用这种方法,BUSHING单元就可以起到螺栓的作用,将两个部件连接在一起(图2);
4、通过单钉连接结构的标准挤压试验得到载荷-位移曲线(图3),提取曲线线性段斜率、非线性段坐标点以及曲线最大载荷点。
5、给BUSHING单元赋予参数,其弹性刚度为载荷-位移曲线线性段斜率,塑性参数为载荷-位移曲线非线性段坐标点,软件可自动对坐标点进行拟合并将拟合后的曲线赋予BUSHING单元,破坏参数为载荷-位移曲线中得到的最大载荷点;
6、赋予BUSHING单元影响区域,其影响区域的直径与螺栓的公称直径相等(图2);
7、重复步骤3-6即可模拟结构中所有螺栓紧固件;
8、将有限元模型划分网格,结构件均为C3D8R实体单元,根据实际载荷分布情况施加位移与载荷边界条件;
9、计算可得到螺栓连接结构的简化模型,在结果中可查看应力分布、钉载分布等。
本发明的建模方法通过BUSHING单元模拟螺栓紧固件,得到螺栓连接结构的简化有限元模型。通过分析结构的传力路径及钉载分布,为工程设计提供参考。此方法针对紧固件较多的大型结构,在保证计算精度的同时缩短计算时间,降低计算成本。
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