一种基于ABAQUS的多螺栓连接结构建模方法

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。