本文選題：螺栓法蘭連接　切入點(diǎn)：接觸問(wèn)題　出處：《昆明理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：螺栓法蘭連接廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、機(jī)械工程等工業(yè)結(jié)構(gòu)中。壓縮機(jī)通常是在動(dòng)荷載作用下運(yùn)行,其螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征是屬于典型的狀態(tài)非線性問(wèn)題,很多時(shí)候伴隨有幾何非線性和材料非線性,使得非線性程度變得更加復(fù)雜。大多數(shù)接觸問(wèn)題難以用經(jīng)典的數(shù)學(xué)和力學(xué)方法解決,隨著以有限單元法為核心的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)的發(fā)展,使有限元數(shù)值模擬技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。連接結(jié)構(gòu)的多重非線性特性對(duì)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力學(xué)性能有著極大的影響,因此,本文深入分析螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的非線性特征,并將其引入到整體結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力學(xué)建模與數(shù)值模擬分析中。采用了ANSYS Workbench對(duì)齒輪壓縮機(jī)的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度與連接狀態(tài)校核以及整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。本文的主要工作為：1.詳細(xì)介紹接觸基本理論,主要分析了罰函數(shù)法與增廣拉格朗日乘子法這兩類接觸算法,并對(duì)影響計(jì)算收斂性的重要參數(shù)接觸剛度因子進(jìn)行了詳細(xì)討論。2.在螺栓法蘭連接非線性特性分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)比不同的有限元建模方法,給出了該結(jié)構(gòu)合理的建模方法,即三維實(shí)體單元建模。對(duì)比不同預(yù)緊力施加的數(shù)值模擬方法,得出采用預(yù)緊力單元法能較精確、有效地模擬預(yù)緊力的施加。3.對(duì)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)分析,主要分析了影響計(jì)算收斂性的幾個(gè)主要因素：接觸對(duì)的建立、接觸類型和接觸算法的選取、以及罰剛度大小。重點(diǎn)分析接觸剛度對(duì)計(jì)算收斂性的影響,通過(guò)試算法得到合理的罰剛度值,并進(jìn)行法蘭連接狀態(tài)評(píng)估以及螺栓強(qiáng)度校核。4.對(duì)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體模態(tài)分析,把連接面的接觸非線性特征(邊界條件非線性)引入到整體模態(tài)分析中,并對(duì)該連接結(jié)構(gòu)采用三維實(shí)體建模。對(duì)比不考慮連接面狀態(tài)非線性特性(即直接將連接面固連)與考慮連接面狀態(tài)非線性特性兩種建模方法的計(jì)算結(jié)果,以及螺栓預(yù)緊力對(duì)整體結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響。
[Abstract]:Bolt flange connections are widely used in aerospace, petrochemical, mechanical engineering and other industrial structures. The mechanical characteristics of bolted flange connections are typical state nonlinear problems. In many cases, the degree of nonlinearity is complicated by geometric nonlinearity and material nonlinearity. Most contact problems are difficult to solve by classical mathematical and mechanical methods. With the development of modern computer aided engineering technology with the finite element method as the core, finite element numerical simulation technology has been widely used. The multiplex nonlinear characteristics of the connection structure have great influence on the static and dynamic performance of the structure. In this paper, the nonlinear characteristics of bolted flange connection structure are deeply analyzed and introduced into the static structure of the whole structure. In dynamic modeling and numerical simulation analysis, the static strength and connection state of bolted flange connection structure of gear compressor are checked by ANSYS Workbench and the modal analysis of the whole structure is carried out. The main work of this paper is: 1. The basic theory of contact is introduced in detail. In this paper, two contact algorithms, penalty function method and augmented Lagrangian multiplier method, are mainly analyzed, and the contact stiffness factors, which affect the convergence of calculation, are discussed in detail. 2. Based on the analysis of nonlinear characteristics of bolt flange connection, By comparing different finite element modeling methods, the reasonable modeling method of the structure, that is, 3D solid element modeling, is given. Compared with the numerical simulation methods applied by different pretightening forces, it is concluded that the pretightening force element method can be used more accurately. The static analysis of bolted flange connection structure is carried out, and several main factors affecting the convergence of calculation are analyzed, such as the establishment of contact pair, the selection of contact type and contact algorithm. The influence of contact stiffness on the convergence of calculation is analyzed, and the reasonable penalty stiffness is obtained by trial algorithm. The overall modal analysis of bolted flange connection structure is carried out, and the nonlinear contact characteristics (boundary condition nonlinearity) of the connection surface are introduced into the overall modal analysis. Three dimensional solid modeling is used to model the connection structure. The results of two modeling methods, which do not consider the nonlinear characteristics of the connection surface state (that is, connect the connection surface directly) and consider the nonlinear characteristics of the connection surface state, are compared. And the effect of bolt preload on the mode of the whole structure.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH45;TH131.3

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本文編號(hào)：1595460