螺栓连接梁非线性动力学建模与实验验证

该篇毕业论文主要探讨了螺栓连接梁结构的动力学建模及其实验研究。由于螺栓连接结构的非线性和复杂性，特别是在结合面的接触行为上，对结构性能有重大影响。研究者针对这种特性，提出了一个创新的方法，即采用六参数Bouc-wen模型和四参数Valanis模型来构建非线性滞回弹簧，构建了一个包含两个自由度的动力学模型。使用Matlab的ode45求解器进行数值求解，分析了不同激励幅值和频率下系统的响应，并着重研究了这两种模型参数对滞回曲线形状的影响。 在模型参数辨识过程中，遗传算法被用来优化模型参数，结果显示虽然遗传算法能有效识别非线性弹簧参数，但Bouc-wen模型的参数识别过程计算成本较高。因此，论文选择了Valanis模型来模拟螺栓结合面的相对转动，因为它在计算效率上更为适合。 接着，作者构建了三维接触有限元模型，通过静力、准静力和动力数值实验，深入探究了接触界面的物理量（如法向应力、横向应变和位移），以及预紧力、摩擦系数等因素对接触特性的影响。特别是在动力学建模方面，Valanis模型和Timoshenko梁单元的结合，使得悬臂螺栓连接梁的动态响应能够准确模拟，与有限元数值计算相比，计算效率提升显著，且动态响应的误差控制在5.5%以内。 最后，通过动力学实验验证了提出的等效建模方法，发现实际螺栓连接梁结构在小激励位移幅值下表现出良好的粘性阻尼特性，激励力位移曲线呈现椭圆形，这为结构的性能评估和优化提供了依据。这篇论文提供了一种有效的工具，可以更精确地理解和预测螺栓连接梁在动态条件下的行为，有助于提升结构设计的可靠性和工程应用的效率。