基于PCL的螺栓连接快速建模-----多点约束和梁单元法

lygtsuccess

        毕业已经快三个月了，好久没有来仿真论坛了，也好久没有来MSC专区了，今天就给大家分享下自己做螺栓连接的方法和经验吧。
        在有限元计算中，螺栓连接处理方式可难可易，简单点可以用节点重合的方式来进行拟合，但是节点拟合认为得提高了连接刚度，对于结果的精确性有较大影响。看到论坛中也有关于螺栓连接讨论的帖子。我就不多说了，我采用的方法是多点约束和梁单元法。 通过梁单元来模拟螺栓杆，然后将各端面节点与梁单元节点通过MPC耦合起来即可。图 1-a为结构中常见的螺栓连接模型，图 1-b为利用多点约束和梁单元法建立的螺栓连接模型。由图 1可以看出螺栓杆由两个梁单元模拟，通过多点约束将连接件上的节点耦合到梁单元的节点上，共由三个MPC组成。
    下面就是利用PCL编程实现快速建模，

建模过程如下：

1、螺栓连接模型的参数化。螺栓连接中需要确定螺栓连接的位置、连接件的厚度、螺栓直径等参数。由图 1可知，通过得到关键点1与关键点2的全局坐标，即可确定螺栓连接的位置及朝向。而后建立Z轴沿着从关键点1到关键点2的局部柱坐标系，R轴与θ 轴只需与Z轴垂直即可，无特别要求。定义关键点1距离结合面距离为h1，关键点1距离关键点2距离为h2，则连接件的厚度分别为h1与h2- h1。螺栓直径则可在单元属性中直接修改梁单元截面即可。对于螺栓连接的预紧力，可简单通过MPC的耦合半径范围来模拟，定义MPC_1的最小半径为r1min，最大半径为r1max，MPC_2的最小半径为r2min，最大半径为r2max； MPC_3的最小半径为r3min，最大半径为r3max，可通过修改最大最小半径来设定MPC的耦合半径范围，进而改变螺栓连接的局部刚度，达到模拟预紧力的效果。综上所述，需要参数化的有三部分组成，关键点1与关键点2坐标、连接件厚度以及MPC耦合半径。

选用记事本格式保存各参数信息，通过编写读入函数将各螺栓连接的参数信息保存到一个数组中，部分文本读入函数为

FUNCTION coord_read ( file_name)

global real bolt_parameter (virtual)

global integer count_num

…

IF ( TEXT_OPEN( file_name, "or", 0, 0, fid) == 0 ) THEN

count_num = 0

WHILE(TEXT_READ ( fid, "%14G%", 0, zuobiao, "") == 0 )

count_num += 1

bolt_parameter (i, 1:14) = zuobiao

END WHILE

TEXT_CLOSE(fid, "")

end if

END FUNCTION

通过上述程序，可将记事本中的参数信息读入名为bolt_parameter的数组中，螺栓个数信息保存在count_num中。

2、建模过程的PCL实现

通过关键点1与关键点2建立局部柱坐标，使得局部坐标Z轴方向为关键点1到关键点2的矢量方向，然后在局部柱坐标下建立两个梁单元，梁单元长度通过h1与h2控制。而后需要建立梁单元节点与连接面节点的多点耦合约束，通过内置函数list_create_node_att_value即可实现选取特定坐标中指定范围内的节点，利用内置函数fem_create_mpc_nodal2即可自动建立多点约束。最终编写的部分建模程序如下

function coord_creat ()

global real bolt_parameter (virtual)

…

asm_const_coord_3point( "#", "Coord 0", 2, point1, point2, point3, coord_id )

…

fem_create_elems_1( "Bar ", "Bar2", "1", "Standard", 3, bar_node1, bar_node2, "", "", "", "", "", "", fem_create_elemen_elems_created )

…

db_count_mpcs(num)

num=num+1

list_create_node_att_value( coord_values1, [TRUE, FALSE, TRUE], ["range", "equal", "range"], [0.0049999999, 0.0049999999, 0.5], coord_id, "lista", uil_list_create_current_list )

…

fem_create_mpc_nodal2( num, "RBE2", 0., 2, [TRUE, FALSE], ["0", "0"], [ @

"`lista`","`bar_node1`"], ["UX,UY,UZ,RX,RY,RZ", ""] )

uil_list_a.clear(  )

end function

利用上述函数可实现单个螺栓连接的自动建模。若有多个螺栓连接，则使用For循环语句循环调用即可。
    利用上述程序可以实现螺栓连接得快速建模，举个例子吧。
   
    经过LMS模态锤击实验，结果误差在百分之五之内，此方法建模准确性还是可靠的。
    希望对大家有所帮助，有疑问回复即可O(∩_∩)O~！
   

taoliuyuan

学习了！

superuirui

中间那层MPC是干嘛的？

lygtsuccess

superuirui 发表于 2013-7-6 14:17
中间那层MPC是干嘛的？

中间那层MPC是模拟结合面的，将连接件与被连接件结合面上的部分节点耦合。

liusq163

楼主厉害，我每次都要手动建立一组组mpc做螺栓，苦恼死！决定入门下pcl，再来消化你的帖子！

hhhppp

楼主辛苦了～～～～

superuirui

lygtsuccess 发表于 2013-7-7 12:04
中间那层MPC是模拟结合面的，将连接件与被连接件结合面上的部分节点耦合。 ...

螺栓与接合面间没有直接作用，而你的模型现在有直接作用了啊

lygtsuccess

superuirui 发表于 2013-7-7 19:52
螺栓与接合面间没有直接作用，而你的模型现在有直接作用了啊

这个是的，但是连接件结合面是由作用力的，如果不耦合起来，结合面位置就没有作用力。我中间的是一个bar单元，只受拉压，个人觉得影响不太大，呵呵！

drhide

Element——Connector——Fastener好像可以直接定义螺栓。就是没研究明白Connector Properties里面Stiffness Values(KTi)和Rotational Values（KRi）两个值该专门设定，不知道楼主有没有研究过。

anak2006

学习一下

anak2006

这个学习了

aiyocj

看不懂...先马住

卡兹斑

谢谢分享，楼主厉害

yyy517116207

superuirui 发表于 2013-7-7 19:52
螺栓与接合面间没有直接作用，而你的模型现在有直接作用了啊

中间那个mpc要不要呢

迦桀

感谢楼主分享，请问楼主现在还用patran吗 ，能否帮忙解决下这个问题：http://forum.simwe.com/thread-1123014-1-1.html