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装配结构一般存在很多的连接界面。连接界面是不连续的,通过施加螺栓预紧力等的方式将连接面装配在一起。因此,连接界面的刚度相比于同样尺寸无连接界面处的结构刚度要低一些,这是由界面不连续等原因造成的。
如果在有限元建模中不考虑连接界面刚度,例如,采用共节点或MPC将被连接件的有限元模型直接连接起来,这样构成的FE模型没有考虑到连接界面处的实际刚度,因而预测的实际模态固有频率等是有偏差的。一般情况下,预测的固有频率值较高。
那如何改进预测精度呢,或者有没有更好的建模方法?那就必须要考虑连接界面刚度的影响。
那如何考虑呢?目前主要有静力学和动力学两类办法,静力学的办法中通过静力试验、理论分析或准静态非线性有限元分析,获得连接界面(实际上是连接界面和附近的组合结构)的静态刚度,这个刚度当然在不同外载条件,不同预紧力下都不一样的。将采用这些方法获得连接刚度赋给无质量弹簧单元,用以连接被连接件的有限元模型。最后,使用这个组合模型进行固有频率预测。这样的做法能考虑特点载荷条件下连接柔度的影响,一般预测的固有频率较不考虑连接的情况低,可能更接近实验结果。
动力学的方法采用动力学系统辨识的思想,从模态试验、动响应数据中采用系统辨识的方法获得连接界面的刚度值(通常针对连接界面事先建立一个弹簧阻尼组合单元代表连接界面,获取响应后应用最优化的方法识别出代表连接界面的弹簧刚度和粘性阻尼值)。一般仍采用弹簧阻尼单元建模连接界面,使用组合后的模型进行动力学预测。
需要说明的是,静力学方法中,连接界面的刚度是通过建立特点的连接界面及其附近结构的子区域模型,施加互不耦合的外载荷分别计算得到的各个方向的刚度值,要明确这个刚度值也只是界面刚度的近似值,因为所取子区域的大小、人工解耦的外载荷都是近似的。并且这个刚度是静态刚度,只反映所施加载荷的影响。动力学方法中,采用模态或动响应实验辨识出的连接模型也是个线性模型,只反映实验条件的影响。这些模型在用于动响应预测的情况下,都会出现很大的误差。所以,考虑连接的结构动力学的发展逐渐转向非线性连接界面建模这个问题了。
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