螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

2014-09-05陈长盛柳瑞锋李国平

振动与冲击 2014年2期

陈长盛，王强，柳瑞锋，李国平，周璞

(中船重工第七〇四研究所，上海 200031)

工程机械中诸多零部件间均采用螺栓连接。对整体结构进行模态仿真及动力学分析时，由于处理较复杂，常将连接螺栓忽略，默认各零部件间为刚性连接，故不能正确反映各零部件装配时的连接刚度及阻尼，动力学特性计算结果与实际情况相差较大[1]；螺栓预紧力不同时，整体结构模态频率差异较大，导致分析结果误差较大[2]。原因为：①忽略法兰连接的法向接触刚度，计算时可通过对法向刚度因子优化进行修正[3]，将接触面法向刚度因子设为变化参数，优化目标函数为：

(1)

对整体结构中有多个零部件均用螺栓连接的计算分析，需耗费较多计算机资源。文献[4]分析过简化计算方法。本文所选模型较简单，其螺栓分布均匀，未考虑螺栓位置疏散程度对连接刚度的影响[5]。以某型轴流泵壳及吸入室为结构原型，材料均为结构钢，见图1。两结构件法兰间用8组M18螺栓连接。本文选三种典型不同材料螺栓，分别为结构钢材料、铜合金材料及尼龙工程塑料(简称钢制、铜制、塑料)，并施加不同预紧力进行装配分析，研究不同螺栓连接时装配件结构模态与传递函数变化。传递函数作为描述系统动态特性的数学表达式，能直接反映激励与响应间关系[6]。因此研究结构传递特性对控制振动传播具有现实指导意义[7]。