一种套筒铆接结构的有限元建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种套筒铆接结构的有限元建模方法，首先建立套筒铆接结构的3D几何模型，包括套筒结构的3D几何模型和套筒结构连接用铆钉的3D几何模型，还包括顺序执行的以下步骤：步骤（1）、建立套筒结构内外筒的有限元模型；步骤（2）、建立模拟套筒结构内外筒壁之间接触力的有限元模型；步骤（3）、建立铆钉的有限元模型。本发明充分考虑了套筒之间的接触力并通过建立杆单元来模拟，同时相比于三维实体单元的建模方法更加简化，无需考虑非线性因素的影响，使得连接建模过程不再复杂繁琐，建模方法简单快捷，有利于处理自由度较大、连接较多的建模问题。
【专利说明】一种套筒铆接结构的有限元建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有限元建模方法，具体涉及一种套筒铆接结构的有限元建模方法【背景技术】
[0002]套筒铆接结构是常用的装配结构之一，与螺纹紧固件等连接相比，以其经济实用、装配效率高和自动化程度高等优点广泛应用于航空航天、汽车工业、机械制造、家电制造等领域。同时，套筒内外壁间的连接件会显著影响弹体的力学特性，所以如何准确的模拟这些连接是分析该类结构力学特性的一个关键问题。
[0003]近年来，随着计算机性能的提高，数值模拟成为重要的分析手段。传统的套筒铆接结构通常采用三维实体单元、梁单元和弹簧单元等来进行有限元建模。若采用铆钉的三维实体单元模拟具有较好的精度，然而在建模分析中由于单元较多且需考虑接触等非线性因素的影响，计算量较大，不适合连接较多和自由度较大的结构；若在套筒铆接结构中采用梁单元与弹簧单元模拟铆钉不能考虑内外筒之间的接触力，铆钉所受的作用力偏大，计算精度不高。所以，对于套筒铆接结构的有限元建模来说，重在保证有限元建模精度的同时提高分析效率。因此，提出一种简单易行的套筒铆接结构的有限元建模方法具有重要的工程应用价值。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题:针对现有技术的不足，本发明提供一种既能够保证建模精度，又能提高分析效率的套筒铆接结构的有限元建模方法。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0006]1、一种套筒铆接结构的有限元建模方法，首先建立套筒铆接结构的3D几何模型，包括套筒结构的3D几何模型和套筒结构连接用铆钉的3D几何模型，其特征在于:还包括顺序执行的以下步骤:
[0007]步骤(I)、建立套筒结构中内外筒的有限元模型；
[0008]步骤(2 )、建立模拟套筒结构中内外筒壁之间接触力的有限元模型，具体包括顺序执行以下步骤:
[0009]步骤(2.1)、采用两列或两列以上的杆单元建立模拟套筒内外筒壁接触力的有限元模型，所述杆单元垂直于套筒的内外筒壁；
[0010]步骤(2.2)、根据套筒铆接结构的材料参数确定杆单元的材料与几何参数，其中杆单元的弹性模量取铆钉材料弹性模量的IO5?IOltl倍，杆单元的密度取铆钉材料密度的10-1°?10_5倍，杆单元的几何尺寸与铆钉的几何尺寸相当；
[0011]步骤(3)、建立铆钉的有限元模型，具体包括顺序执行以下步骤:
[0012]步骤(3.1)、在铆钉所在位置建立局部坐标系，设定X向为铆钉的长度方向，Y向和Z向均为垂直于铆钉长度的方向，且Y向与Z向相互垂直；
[0013]步骤(3.2)、建立铆钉单元，设定铆钉单元在X、Y、Z方向以及绕X、Y、Z转动方向RX、RY、RZ的刚度为:
【权利要求】
1.一种套筒铆接结构的有限元建模方法，首先建立套筒铆接结构的3D几何模型，包括套筒结构的3D几何模型和套筒结构连接用铆钉的3D几何模型，其特征在于:还包括顺序执行的以下步骤: 步骤(1)、建立套筒结构中内外筒的有限元模型； 步骤(2 )、建立模拟套筒结构中内外筒壁之间接触力的有限元模型，具体包括顺序执行以下步骤: 步骤(2.1)、采用两列或两列以上的杆单元建立模拟套筒内外筒壁接触力的有限元模型，所述杆单元垂直于套筒结构的内外筒壁； 步骤(2.2)、根据套筒铆接结构的材料参数确定杆单元的材料与几何参数，其中杆单元的弹性模量取铆钉材料弹性模量的IO5~101°倍，杆单元的密度取铆钉材料密度的10,~10_5倍，杆单元的几何尺寸与铆钉的几何尺寸相当； 步骤(3)、建立铆钉的有限元模型，具体包括顺序执行以下步骤: 步骤(3.1)、在铆钉所在位置建立局部坐标系，设定X向为铆钉的长度方向，Y向和Z向均为垂直于铆钉长度的方向，且Y向与Z向相互垂直； 步骤(3.2)、建立铆钉单元，设定铆钉单元在X、Y、Z方向以及绕X、Y、Z转动方向Rx、RY、Rz的刚度分别为:
2.根据权利要求1所述的套筒铆接结构的有限元建模方法，其特征在于:步骤(1)中包括顺序执行的以下步骤: 步骤(1.1)、由套筒结构的3D几何模型抽取得到套筒结构中内外筒的中面几何模型； 步骤(1.2)、以铆钉所在位置为控制点在内外筒的中面几何模型上布置有限元网格硬占.步骤(1.3)、采用壳单元建立套筒结构的内外筒的有限元模型。
【文档编号】G06F17/50GK103745068SQ201410032575
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】李彦斌, 费庆国, 吴邵庆, 姜东 , 张鹏 申请人:东南大学