王卉子

(中国中车唐山机车车辆有限公司 技术研究中心，河北 唐山 063035)

0 引 言

螺栓是一种重要的连接零件，广泛地应用于各种装配结构中。相比于装配结构整体尺寸，通常螺栓的尺寸较小。因此，开展包含螺栓的装配结构有限元仿真时，如果按照真实的几何形状对螺栓进行建模，螺栓的网格尺寸可能会远小于结构的最小单元尺寸。这将导致模型求解的时间步长减小，求解效率降低。针对这类问题，研究人员采用了不同的建模手段研究螺栓建模问题，较为常见的建模方式是采用单元数量更少、结构更简单的一维单元。贺李平[1]以梁单元和刚体单元模拟螺栓连接，对比了实体建模螺栓、梁单元建模螺栓以及刚体单元建模螺栓，发现相比于实体建模螺栓，梁单元、刚体单元的建模螺栓模型的建模和求解效率更高，但刚体单元螺栓模型不能较好的表达螺栓对螺孔的接触力作用。宁睿[2]采用tie单元模拟螺栓连接，发现被连接件被tie单元固接，无法产生相对位移，tie单元不适合模拟螺栓连接。周夕维[3]采用三个互相垂直的弹簧单元模拟螺栓连接，这种简化建模方式降低了建模难度，节约了计算资源。使用一维单元建模尽管求解效率更高，但是这种建模方法将螺栓与被连接结构之间的面对面接触简化为了点对点接触，并不能较好的表达螺孔对螺栓的剪切作用[4]。部分学者采用薄层单元对螺栓模型进行简化。丁振东[5]采用六面体实体薄层单元简化螺栓，开展了冲击仿真，与网格直连的被连接件相比，薄层单元较好的模拟了螺栓连接件的冲击响应。……