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循环横向载荷作用下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为

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推进技术 2023年第10期44卷 162-175页

作者：王开平闫明苏东海王鹏惠安民刘海超沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,... 详细信息

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,并基于预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况对循环横向载荷下旋转松动期内连接结构松动行为进行了仿真计算,主要系统分析了螺栓初始预紧力、横向载荷幅值、螺栓位置、螺栓个数、螺栓直径、接触面摩擦系数、止口紧度影响因素对连接结构松动行为的影响规律。结果表明:初始预紧力越大、横向载荷幅值越小、螺栓个数越多、接触面摩擦系数越大、螺栓直径越大、止口紧度越大,连接结构松动越难发生;存在一横向载荷幅值临界值,当小于此临界时,各螺栓均不发生松动,大于此临界时,有螺栓发生松动;存在一螺栓位置值,使连接结构松动最不容易发生。

关键词：横向载荷螺栓法兰连接结构旋转松动期松动行为影响因素

箭(弹)级间螺栓法兰连接结构冲击失效实验与数值仿真

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国防科技大学学报 2019年第6期41卷 50-57页

作者：袁杰红田彤辉王青文李道奎陈柏生国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 中国人民解放军92341部队河南洛阳471000 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特... 详细信息

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特点。实验过程中采集了螺栓力时程响应数据、柱段关键点应变时程响应数据、锤头冲击力和冲击速度及连接界面开缝位移等多组数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构冲击失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验结果吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构抗冲击设计提供参考。

关键词：螺栓法兰连接结构落锤冲击失效承载能力有限元模型

不同载荷下螺栓法兰连接结构非线性刚度影响因素

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航空动力学报 2021年第12期36卷 2503-2514页

作者：王开平闫明孙自强苏东海惠安民刘海超沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

为研究各影响因素对螺栓法兰连接结构非线性刚度的影响规律,建立了带升角螺纹连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,并验证了模型的有效性,分别进行了拉伸、弯曲、扭转载荷下仿真分析。结果表明:螺栓初始预紧力越大,连接结构... 详细信息

为研究各影响因素对螺栓法兰连接结构非线性刚度的影响规律,建立了带升角螺纹连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,并验证了模型的有效性,分别进行了拉伸、弯曲、扭转载荷下仿真分析。结果表明:螺栓初始预紧力越大,连接结构抗弯、抗扭刚度越大,初始预紧力对抗拉刚度没有影响,拉伸载荷下初始预紧力提高了两法兰分离的临界阻力,弯曲载荷下,初始预紧力越大,触发两法兰出现开口状态的外部弯曲力矩值越大,各螺栓越不容易承担外力,两法兰开口前,初始预紧力对连接结构抗弯刚度影响较小,开口后影响较大;螺栓直径越大、个数越多,连接结构抗拉、抗弯、抗扭刚度越大;螺栓位置越靠近法兰筒,连接结构抗拉刚度越大,分别存在一个最优螺栓位置值,使得连接结构抗弯和抗扭刚度最大;结合面间摩擦因数对连接结构抗拉、抗弯刚度没有影响,结合面间摩擦因数越大,连接结构抗扭刚度越大,其中法兰-法兰结合面间摩擦因数对刚度曲线第一段内抗扭刚度影响较大,螺栓-法兰结合面间摩擦因数对第二段内影响较大。

关键词：螺栓法兰连接结构拉伸载荷弯曲载荷扭转载荷刚度

冲击荷载下级间螺栓法兰连接结构失效实验与数值仿真研究

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振动与冲击 2019年第18期38卷 40-45页

作者：田彤辉袁杰红王青文周仕明陈柏生国防科技大学空天科学学院长沙410073 湖南大学土木工程学院长沙410082

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构简化的原理性实验件,利用Abaqus有限元模型设计并进行了落锤冲击失效实验。实验采集了螺栓力时程响应数据、落锤冲击力和冲击速度、柱段关键点应力时程响应数据和连接界面开缝位移时程响应数据。实... 详细信息

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构简化的原理性实验件,利用Abaqus有限元模型设计并进行了落锤冲击失效实验。实验采集了螺栓力时程响应数据、落锤冲击力和冲击速度、柱段关键点应力时程响应数据和连接界面开缝位移时程响应数据。实验结果表明,横向冲击荷载作用下连接结构螺栓组呈序列失效特点,螺栓分布面上半部分三个螺栓为初始承载失效螺栓,决定连接结构工作强度,实验数据与仿真模型数据对比表明仿真模型具有良好的计算精度。研究结果可为箭(弹)体连接结构抗冲击强度设计提供参考。

关键词：螺栓法兰连接结构落锤冲击失效有限元模型

修正的响应面方法优化螺栓法兰连接结构几何参数

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国防科技大学学报 2019年第5期41卷 38-42页

作者：蒋国庆陈万华王元兴中国空气动力研究与发展中心

采用响应面法对螺栓法兰连接进行优化设计时,考虑到经典响应面模型的局限性,在获得结构优化参数与响应指标内在联系的基础上,提出了修正响应面模型;设计了数值试验并对比了数值试验值与前述两种响应面模型预测值,结果表明修正响应面模... 详细信息

采用响应面法对螺栓法兰连接进行优化设计时,考虑到经典响应面模型的局限性,在获得结构优化参数与响应指标内在联系的基础上,提出了修正响应面模型;设计了数值试验并对比了数值试验值与前述两种响应面模型预测值,结果表明修正响应面模型的预测值不仅误差相对比较均匀,且最大误差绝对值要明显小于经典响应面模型的相应值。采用遗传算法对修正响应面模型进行了以法兰质量最轻为优化目标的参数优化,取得了比较理想的优化结果。

关键词：响应面方法螺栓法兰连接结构遗传算法

含滞迟缓冲器的螺栓法兰连接结构稳态随机响应

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动力学与控制学报 2017年第3期15卷 236-241页

作者：姜运哲曾岩赵振军李刚关振群周锦航罗超工业装备结构分析国家重点实验室大连理工大学工程力学系国际计算力学研究中心大连116024 北京宇航系统工程研究所北京100076

基于螺栓法兰连接结构简化动力学模型,针对上部结构内包含滞迟缓冲机构的情况,通过蒙特卡洛数值模拟研究了高斯白噪声纵向载荷作用下的结构随机响应特性.在简化动力学模型中,通过拉压不同刚度的非线性弹簧表征螺栓法兰连接,上部缓冲机构... 详细信息

基于螺栓法兰连接结构简化动力学模型,针对上部结构内包含滞迟缓冲机构的情况,通过蒙特卡洛数值模拟研究了高斯白噪声纵向载荷作用下的结构随机响应特性.在简化动力学模型中,通过拉压不同刚度的非线性弹簧表征螺栓法兰连接,上部缓冲机构用Yar-Hammond双线性滞迟系统描述,以便用于航天器对应舱段结构动力学响应的快速计算.在数值模拟之前对此系统进行了无量纲化,而后通过数值模拟分析了不同参数条件下的稳态响应概率密度函数,讨论了结构稳态随机响应的演化规律.

关键词：双线性滞迟螺栓法兰连接结构稳态随机响应高斯白噪声蒙特卡洛模拟

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瞬态冲击下螺栓法兰连接结构失效研究

瞬态冲击下螺栓法兰连接结构失效研究

作者：王青文国防科技大学

学位级别：硕士

螺栓-法兰连接结构常在火箭、导弹等舱段分离连接结构中得到应用。连接结构在大量级瞬态冲击载荷下,极易发生失效,导致火箭、导弹等发射失败,造成重大的经济损失,其结构的安全可靠性非常重要。本文针对火箭、导弹等级段间连接结构可能... 详细信息

螺栓-法兰连接结构常在火箭、导弹等舱段分离连接结构中得到应用。连接结构在大量级瞬态冲击载荷下,极易发生失效,导致火箭、导弹等发射失败,造成重大的经济损失,其结构的安全可靠性非常重要。本文针对火箭、导弹等级段间连接结构可能存在的瞬态失效问题,开展了螺栓-法兰连接结构冲击失效规律性研究,为结构设计提供依据。主要工作及创新点如下:1、设计了螺栓-法兰连接结构的冲击失效实验方案,并进行了实验研究。基于ABAQUS有限元分析软件,以及前人关于螺栓连接结构的建模思路,建立了含螺栓预紧力,且能反应各个接触面接触、滑移、分离等状态的三维有限元动力失效精细模型。数值模拟结果与实验数据吻合良好,验证了有限元分析模型的准确性。2、基于有限元分析模型,通过改变载荷工况,研究了连接结构在瞬态拉、剪、弯载荷下的失效特征,发现了螺栓实际受载为“偏载”的重要特征;研究了拉（压）、剪、弯复合作用下,载荷之间相互作用对连接结构承载能力变化规律,发现了“剪弯耦合自锁”特征;根据结构一阶固有频率,研究了结构在不同脉宽、峰值载荷下的失效进程,得到了载荷峰值为结构失效的主导因素。3、基于有限元分析模型,通过改变结构参数,研究了螺栓预紧力变化,螺栓分布情况,法兰厚度,法兰加强筋以及螺栓与剪力销间隙变化对结构强度,刚度及失效进程的影响规律;发现螺栓预紧力对结构刚度影响非常小,螺栓一定程度的非均布与均布对结构承载能力没有影响,法兰加强筋能大大提高结构的刚度和抗冲击承载能力,螺栓与剪力销间隙变化会对连接结构局部应力产生影响等规律。

关键词：螺栓法兰连接结构瞬态冲击载荷失效规律 ABAQUS数值模拟实验研究

箭（弹）级间螺栓法兰连接结构失效实验与数值仿真研究

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箭（弹）级间螺栓法兰连接结构失效实验与数值仿真研究

作者：田彤辉国防科技大学

学位级别：硕士

级间螺栓法兰连接结构作为火箭、导弹的常用的连接方式,是箭（弹）体结构的重要组成部分。由于连接结构呈强非线性特征,破坏了箭（弹）体结构连续性,在承载过程中易出现局部变形过大和应力集中等问题,削弱了整体结构的强度,是易于发生... 详细信息

级间螺栓法兰连接结构作为火箭、导弹的常用的连接方式,是箭（弹）体结构的重要组成部分。由于连接结构呈强非线性特征,破坏了箭（弹）体结构连续性,在承载过程中易出现局部变形过大和应力集中等问题,削弱了整体结构的强度,是易于发生故障的薄弱部位。火箭、导弹在发射、出水、装配及起竖等过程中,由于外界扰动作用,箭（弹）体可能受到幅值高、作用时程长的准静态或瞬态异常荷载作用,导致连接结构强度或密封性失效而使火箭、导弹发射失败。因此,舱段分离连接结构失效机理研究具有重要的工程和理论意义。为分析连接结构失效机理,本文基于实际火箭、导弹级间连接结构特点,简化设计制作了多组原理性实验件,利用实验实测和有限元仿真的手段,开展了一系列研究,主要工作和创新点如下:1.设计进行了连接结构准静载失效实验。针对级间连接结构在工作过程中可能受到横向准静态荷载作用的实际工程背景,设计了对应的加载工装和数据采集系统,实现了连接结构螺栓组横向准静态荷载作用下序列失效的实验效果,采集了螺栓力响应、加载力和加载位移等多组关键数据,研究揭示了连接结构准静载作用下的失效机理,为承载强度设计和有限元数值仿真方法研究提供了参考和数据支撑。2.设计进行了连接结构冲击失效实验。针对级间连接结构在发射、出水等过程中可能受到幅值极大、空间位置极不稳定的瞬态异常荷载作用的实际工程背景,设计了轴向和横向加载两种工况下的落锤冲击失效实验,采集记录了螺栓力响应、冲击力、柱段关键点变形响应和连接界面开缝位移等多组关键数据,讨论揭示了冲击荷载下连接结构失效机理,为连接结构抗冲击强度设计和有限元数值仿真方法研究提供了数据支撑。3.开展了连接结构失效的有限元仿真方法研究。对应准静载和冲击荷载两种工况作用下连接结构的失效实验,利用通用商业有限元分析软件ABAQUS建立了对应的有限元分析模型,并通过“ABAQUS/Explicit”求解器模拟准静载和冲击失效过程。通过实测数据对模型精度检验和校核,结论表明在实际工程和工业设计中可以认为该模型仿真结果可靠。

关键词：螺栓法兰连接结构准静载冲击荷载失效机理有限元模型

含滞迟缓冲器的螺栓法兰连接结构在泊松白噪声和有界噪声激励下的稳态响应分析

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