CN104834795A - 包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法，包括以下步骤：S1，建立含单个卡块的所述包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型；S2，对三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数；S3，根据修正后的参数构建二维有限元模型；S4，对二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。本发明采用两步模型修正法，确保了二维非线性有限元模型的精度以模型各参数的物理意义，实现了包带连接结构非线性力学特性的快速、准确预估，具有较高的计算准确率和效率。本发明还提出一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统。

Description

包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法及系统。

背景技术

包带连接结构是目前航天领域应用最广泛的星箭连接结构形式。典型包带连接结构如图1所示，主要由金属带、爆炸螺栓、卡块、卫星对接框和适配器等部件组成。其中金属带、爆炸螺栓和卡块为连接件，卫星对接框和适配器为被连接件。在装配时，通过拧紧爆炸螺栓，在两条金属带内施加预紧力，进而对金属带内侧沿对接面周向离散分布的卡块产生径向压力，使卡块夹紧卫星对接框和适配器，约束其轴向相对运动，实现星箭连接。

在卫星发射过程中，星箭系统处于严酷的载荷环境中。在外载荷的作用下，包带界面上各组件间的接触状态会发生变化，甚至出现微小滑移。这种接触摩擦力学行为会导致局部连接非线性，影响星箭整体系统在飞行过程中的动力学特性。因此，实现包带接触摩擦非线性力学行为的精确表征，并将其引入星箭系统动力学分析，对于掌握包带连接界面对星箭系统动特性影响，保证卫星发射过程安全可靠具有重要意义。

由于能够实现接触摩擦力学行为的精确模拟，有限元法被普遍用来研究各类连接结构非线性问题。为了保证计算精度，有限元模型通常具有较大的计算规模，特别是含接触的非线性有限元模型，在求解时需要进行数值迭代，计算效率非常低。因此，当连接结构具有循环对称或轴对称特性时，研究人员通常采用三维基本扇区模型或二维轴对称模型，以提高计算效率。

忽略包带连接结构中金属带与卡块间的摩擦力，包带连接结构可近似视为循环对称结构，仅建立基本扇区有限元模型，如文献【Jacob IR,Vinay KG and Nicholas EM.Techniquesfor finite element analysis of clamp band systems.In:50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASCStructures,Structural Dynamics,and Materials Conference,Palm Springs,California,4–7May2009】和文献【Qin ZY,Yan SZ,Chu FL.Finite element analysis of the clamp band joint.AppliedMathematical Modelling 2012,36(1):463-477.】中就采用了包带连接结构基本扇区模型对包带连接特性进行分析。相比包带整周有限元模型，基本扇区有限元模型能够显著缩短计算时间，但由于存在多个面-面接触对，其计算效率仍然较低，不便于工程应用。为了进一步提高计算效率，文献【Di Tolla R,Ernst M.Nonlinear finite element evaluation of marman clampstructural capability.AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics andMaterials Conference 1994,1:320-330.】将沿对接面周向离散分布的卡块近似为一个周向刚度可忽略不计的整体圆环，从而将包带连接结构近似为二维轴对称结构，建立了包带连接结构的二维轴对称有限元模型，将基本扇区有限元模型中的面-面接触对转化为线-线接触对。包带连接结构二维轴对称有限元模型具有极高的计算效率。然而，轴对称近似会在该模型中引入误差，影响模型的计算精度。此外，由于加工、装配误差等因素，实际结构中存在很多不确定参数。这些不确定参数也会对有限元模拟的精度产生影响。

目前尚未发现对包带有限元模型误差源的讨论以及通过模型修正提高包带接触摩擦非线性特性模拟精度的研究，直接将未经修正的包带连接结构有限元模型用于工程问题分析，无法精确预测包带连接结构的力学特性以及星箭耦合动力学特性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一方面目的在于提出一种快速、准确的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法。

本发明第二方面目的在于提出一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法，所述包带连接结构包含多个沿对接面周向离散分布的卡块，为循环对称结构，所述方法包括以下步骤：S1，建立所述含单个卡块的包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型；S2，对所述三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数；S3，根据所述修正后的参数构建二维有限元模型；S4，对所述二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

根据本发明实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法，在三维基本扇区有限元模型的基础上，采用周向刚度可忽略不计的圆环代替离散的卡块，将包带连接结构近似处理为轴对称结构，建立二维轴对称有限元模型，这种简化可大大减少模型的自由度，提高计算效率。将有限元模型的误差分为由不确定参数和轴对称近似分别引起的两大类误差，针对两种误差源分别进行三维有限元模型和二维有限元模型的修正，这样既能得到具有足够精度的模型，又能确保修正后的模型参数具有明确的物理意义。通过优化，能够得到兼具计算效率和分析精度的二维有限元模型，该模型可以直接用于工程中，实现包带连接结构非线性力学特性的快速、准确预估。

在一些示例中，所述S2包括：S21，获取目标函数和所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数；S22，对所述备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第一类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第一类待修正参数；S23，根据所述目标函数对所述第一类待修正参数进行优化，以获取所述修正后的参数。

在一些示例中，利用中心差分近似的方法获取所述灵敏度系数。

在一些示例中，将所述包带连接结构的实测数据和仿真结果之间的误差作为所述目标函数。

在一些示例中，将所述包带连接结构中的不确定参数作为所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数。

在一些示例中，所述S4包括：S41，获取所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数；S42，对所述备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第二类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第二类待修正参数；S43，根据所述目标函数对所述第二类待修正参数进行优化，以获取最终的二维轴对称有限元模型。

在一些示例中，确定所述二维有限元模型的误差来源主要是建模过程中引入的轴对称近似，将与轴对称近似相关的参数作为所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数。

本发明第二方面实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统，包括：第一建模模块，用于建立含单个卡块的包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型；第一修正模块，用于对所述三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数；第二建模模块，用于根据所述修正后的参数构建二维有限元模型；第二修正模块，用于对所述二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

根据本发明实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法，在三维基本扇区有限元模型的基础上，采用周向刚度可忽略不计的圆环代替离散的卡块，将包带连接结构近似处理为轴对称结构，建立二维轴对称有限元模型，这种简化可大大减少模型的自由度，提高计算效率。将有限元模型的误差分为由不确定参数和轴对称近似分别引起的两大类误差，针对两种误差源分别进行三维有限元模型和二维有限元模型的修正，这样既能得到具有足够精度的模型，又能确保修正后的模型参数具有明确的物理意义。通过优化，能够得到兼具计算效率和分析精度的二维有限元模型，该模型可以直接用于工程中，实现包带连接结构非线性力学特性的快速、准确预估。

在一些示例中，所述第一修正模块包括：获取目标函数和所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数；对所述备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第一类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第一类待修正参数；根据所述目标函数对所述第一类待修正参数进行优化，以获取所述修正后的参数。

在一些示例中，利用中心差分近似的方法获取所述灵敏度系数。

在一些示例中，将所述包带连接结构的实测数据和仿真结果之间的误差作为所述目标函数。

在一些示例中，将所述包带连接结构中的不确定参数作为所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数。在一些示例中，所述第二修正模块包括：，获取所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数；对所述备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第二类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第二类待修正参数；根据所述目标函数对所述第二类待修正参数进行优化，以获取最终的二维轴对称有限元模型。

在一些示例中，确定所述二维有限元模型的误差来源主要是建模过程中引入的轴对称近似，将与轴对称近似相关的参数作为所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法的流程图；

图2是典型的包带连接结构俯视图，1—爆炸螺栓；

图3是图1所示的包带连接结构径向剖视图，2—上框；3—卡块；4—金属带；5—下框；

图4是本发明一个实施例的一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法的过程示意图；

图5是本发明一个实施例的包带连接结构三维基本扇区有限元模型示意图；

图6是本发明一个实施例的包带连接结构二维轴对称有限元模型示意图；

图7是根据本发明一个实施例的一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统的结构框图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1，根据本发明一个实施例的一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法的流程图所示，其中，包带连接结构包含多个沿对接面周向离散分布的卡块，为循环对称结构，本发明第一方面实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法包括以下步骤：

S1，建立含单个卡块的包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型；

S2，对三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数；

S3，根据修正后的参数构建二维有限元模型；

S4，对二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

结合图4，具体实现过程描述如下：

步骤S1，建立含单个卡块的包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型。

在包带连接结构中，卡块沿对接面周向离散均匀分布，如图2所示。因此，包带连接结构可视为循环对称结构。当包带连接结构所受载荷同样具有对称性时，只需建立含单个卡块的基本扇区模型即可精确模拟包带连接结构的力学特性。包带连接结构区域剖视图如图2所示，基于包带连接结构的循环对称结构特征，选择含单个卡块的基本扇区建立包带连接结构基本扇区三维非线性有限元模型，并在金属带和对接框两侧横截面上定义对称约束。图5在ANSYS中建立的包带连接结构的三维基本扇区的有限元模型。在该模型中，采用实体单元Solid185建立各组件模型，各组件间的接触面由面-面接触单元CONTA174和目标单元TARGE170表征，并将金属带与卡块接触面中心处对应节点自由度沿轴向耦合，防止在仿真过程中金属带与卡块之间出现轴向刚体位移，并在金属带和对接框两侧径向截面上定义对称约束。

步骤S2，对三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数。

在本发明实施例的包带连接结构的有限元模型的误差主要包括由包带连接结构中的不确定性参数，如各组件弹性模量、组件间摩擦系数等引起的误差和建模过程中引入的简化误差(即二维有限元模型中轴对称近似引起的误差)。通过对三维有限元模型进行修正，消除不确定参数引起的误差。具体过程如下：

S21，获取目标函数和三维有限元模型的备选的第一类待修正参数，例如：将所述包带连接结构中的不确定参数作为所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数。

以包带连接结构实测数据和有限元仿真结果之间的误差作为目标函数：

$f\left(x\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_k{\left(\frac{d_{\mathrm{nk}}-d_{\mathrm{ek}}}{d_{\mathrm{ek}}}\right)}^2,$

式中，d_nk和d_ek分别为对应第k个载荷点的有限元仿真和实测得到的包带连接结构的位移，δ_k＝d_ek/d_eM为第k个载荷点对应的加权因子，其中，d_eM为实验测得包带响应的最大值。

将包带连接结构中的不确定性参数，如各组件弹性模量、组件间摩擦系数等，作为备选的第一类待修正参数。

S22，对备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，获取与备选的第一类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据灵敏度系数确定第一类待修正参数。

对备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，在本发明的一个实施例中采用中心差分近似计算各备选的第一类待修正参数对应的灵敏度系数：

$S=\frac{\∂d_{\mathrm{nm}}}{\∂x_j^c}\frac{x_j^c}{d_{\mathrm{nm}}}\≈\frac{d_{\mathrm{nm}}(x_j^c+\mathrm{\Δ}{x}_j^c)-d_{\mathrm{nm}}(x_j^c-\mathrm{\Δ}{x}_j^c)}{2\mathrm{\Δ}{x}_j^c}\frac{x_j^c}{d_{\mathrm{nm}}\left(x_j^c\right)},$

式中，S为包带响应d_nm对于备选待修正参数的灵敏度系数，为参数扰动其中，ΔD为中心差分步长，和分别是待修正参数取值范围的上限和下限。

选择大于预定阈值的灵敏度系数对应的备选的第一类待修正参数作为第一类待修正参数。

S23，根据目标函数对第一类待修正参数进行优化，以获取修正后的参数。

在本发明的一个实施例中，采用优化方法对包带连接结构的三维有限元模型进行修正。即：

min F＝f(x)

$s.t.c_j\left(x\right)\≤\stackrel{\‾}{c_j},(j=\mathrm{1,2,3},...,m_1)$

$\underset{\‾}{c_j}\≤c_j\left(x\right)\≤\stackrel{\‾}{c_j},(j=m_1+1,m_1+2,m_1+3,...,m_2),$

$\underset{\‾}{c_j}\≤c_j\left(x\right),(j=m_2+1,m_2+2,m_2+3,...,m)$

其中，f为目标函数，c_j为设计变量，即待修正参数，和分别为状态变量的上下边界，m₁，m₂和m为状态变量个数。采用优化方法进行模型修正的基本过程如下，首先设定目标函数，选择待修正参数，通过各种搜索算法在给定的上下边界内寻找使目标函数达到最小值的带修正参数值。搜索过程一直持续，直至获得使目标函数满足最小值要求的修正参数值。

这样，采用优化方法对包带连接结构的三维有限元模型进行修正，获得能够准确反映测试结果的模型参数，消除不确定参数所引起的误差。

步骤S3，根据修正后的参数构建二维有限元模型。

根据上述步骤S2获取的修正后的参数构建二维有限元模型。具体过程描述如下：

采用周向刚度可忽略不计的整周圆环代替离散分布的若干卡块。将圆环材料定义为正交各向异性，保持其轴向、径向材料属性与三维模型中卡块材料属性相同，设定圆环沿包带连接结构圆周方向的弹性模量为1MPa，远小于轴向和径向弹性模量值。这种情况下，可近似认为圆环周向刚度为零。需要说明的是，圆环周向弹性模量的选取应满足如下关系：

${\mathrm{\&nu;}}_{21}{\mathrm{\&nu;}}_{32}{\mathrm{\&nu;}}_{13}<\frac{1}{2}[1-{\mathrm{\&nu;}}_{21}^2\left(\frac{E_1}{E_2}\right)-{\mathrm{\&nu;}}_{32}^2\left(\frac{E_2}{E_3}\right)-{\mathrm{\&nu;}}_{13}^2\left(\frac{E_3}{E_1}\right)],$

式中，E_i和ν_ij，分别为三个正交方向的弹性模量和泊松比，i＝1,2,3，j＝1,2,3。

近似处理后的包带连接结构可视为一个轴对称结构。采用平面单元PLANE82建立各组件的二维轴对称模型，通过接触单元CONTA172和目标单元TARGE169在相互接触的各组件间定义线-线接触。与三维模型类似，将金属带与卡块接触中心处对应节点的自由度沿轴向耦合，以防止金属带与卡块间出现沿轴向的刚体位移。

这样通过将圆环的材料属性设定为周向弹性模量远小于轴向和径向的正交各向异性，实现圆环与卡块的等效，进而采用周向连续、周向刚度忽略不计的圆环代替离散分布的卡块，将包带连接结构近似处理为轴对称结构，建立包带连接结构的二维轴对称有限元模型，如图6所示。

步骤S4，对二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

具体过程如下：

S41，获取二维有限元模型的备选的第二类待修正参数。选取与二维模型轴对称近似相关的参数，如卡块各方向上的弹性模量、卡块与其他组件间的摩擦系数等，作为消除轴对称近似引入误差的备选的第二类待修正参数。

S42，对备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，获取与备选的第二类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据灵敏度系数确定第二类待修正参数；

与步骤S3中三维模型的修正过程类似，先对备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，判断各参数值的改变对包带连接结构响应的影响，选择大于预定阈值的灵敏度系数对应的备选的第二类待修正参数作为第二类待修正参数。

S43，根据目标函数对第二类待修正参数进行优化，以获取最终的二维轴对称有限元模型。

基于包带连接结构响应测试数据，以仿真结果和试验数据之间的误差作为目标函数，采用优化方法对包带连接结构二维非线性有限元模型进行修正。采用修正后的参数，实现能够准确模拟仿真结果的二维轴对称有限元模型。具体的优化过程与步骤S2中相同，请参见S23部分，这里不再赘述。

其中，确定所述二维有限元模型的误差来源主要是建模过程中引入的卡块轴对称近似，将与轴对称近似相关的参数作为所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数。

根据本发明实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法，在三维基本扇区有限元模型的基础上，采用周向刚度可忽略不计的圆环代替离散的卡块，将包带连接结构近似处理为轴对称结构，建立二维轴对称有限元模型，这种简化可大大减少模型的自由度，提高计算效率。将有限元模型的误差分为由不确定参数和轴对称近似分别引起的两大类误差，针对两类误差源依次进行三维有限元模型和二维有限元模型的修正，这样既能得到具有足够精度的模型，又能确保修正后的模型参数具有明确的物理意义；通过优化，能够得到兼具计算效率和分析精度的二维有限元模型，该模型可以直接用于工程中，实现包带连接结构非线性力学特性的快速、准确预估。

本发明第二方面实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统100，如图7所示，包括：第一建模模块101、第一修正模块102、第二建模模块103和第二修正模块104。

第一建模模块101用于建立含单个卡块的包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型。第一修正模块102用于对三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数。第二建模模块103用于根据修正后的参数构建二维有限元模型。第二修正模块104用于对二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

第一修正模块102包括：

获取目标函数和三维有限元模型的备选的第一类待修正参数，例如：将所述包带连接结构中的不确定参数作为所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数；

对备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，获取与备选的第一类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据灵敏度系数确定第一类待修正参数；

根据目标函数对第一类待修正参数进行优化，以获取修正后的参数。

第二修正模块104包括：

获取二维有限元模型的备选的第二类待修正参数，例如，确定所述二维有限元模型的误差来源主要是建模过程中引入的卡块轴对称近似，将与轴对称近似相关的参数作为所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数；

对备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，获取与备选的第二类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据灵敏度系数确定第二类待修正参数；

根据目标函数对第二类待修正参数进行优化，以获取最终的二维轴对称有限元模型。

需要说明的是，本发明实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统100的具体实现方式与方法部分的具体实现方式类似，请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。

根据本发明实施例的包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统，在三维基本扇区有限元模型的基础上，采用周向刚度可忽略不计的圆环代替离散的卡块，将包带连接结构近似处理为轴对称结构，建立二维轴对称有限元模型，这种简化可大大减少模型的自由度，提高计算效率。将有限元模型的误差分为由不确定参数和轴对称近似分别引起的两大类误差，针对两类误差源依次进行三维有限元模型和二维有限元模型的修正，这样既能得到具有足够精度的模型，又能确保修正后的模型参数具有明确的物理意义；通过优化，能够得到兼具计算效率和分析精度的二维有限元模型，该模型可以直接用于工程中，实现包带连接结构非线性力学特性的快速、准确预估。

本发明的上述实施例的方法及系统采用两步模型修正法，确保了二维非线性有限元模型的精度以模型各参数的物理意义，实现了包带连接结构非线性力学特性的快速、准确预估，具有较高的计算准确率和效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟方法，所述包带连接结构包含多个沿对接面周向离散分布的卡块，为循环对称结构，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建立含单个卡块的所述包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型；

S2，对所述三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数；

S3，根据所述修正后的参数构建二维有限元模型；

S4，对所述二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

S21，获取目标函数和所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数；

S22，对所述备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第一类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第一类待修正参数；

S23，根据所述目标函数对所述第一类待修正参数进行优化，以获取所述修正后的参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用中心差分近似的方法获取所述灵敏度系数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述包带连接结构的实测数据和仿真结果之间的误差作为所述目标函数。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述包带连接结构中的不确定参数作为所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4包括：

S41，获取所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数；

S42，对所述备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第二类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第二类待修正参数；

S43，根据所述目标函数对所述第二类待修正参数进行优化，以获取最终的二维轴对称有限元模型。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述二维有限元模型的误差来源主要是建模过程中引入的卡块轴对称近似，将与轴对称近似相关的参数作为所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数。

8.一种包带连接结构接触摩擦非线性特性模拟系统，其特征在于，包括：

第一建模模块，用于建立含单个卡块的包带连接结构的基本扇区的三维有限元模型；

第一修正模块，用于对所述三维有限元模型进行修正，以获取修正后的参数；

第二建模模块，用于根据所述修正后的参数构建二维有限元模型；

第二修正模块，用于对所述二维有限元模型进行修正，获取最终的二维轴对称有限元模型以实现模拟仿真。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一修正模块包括：

获取目标函数和所述二维有限元模型的备选的第一待修正参数；

对所述备选的第一类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第一类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第一类待修正参数；

根据所述目标函数对所述第一类待修正参数进行优化，以获取所述修正后的参数。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，利用中心差分近似的方法获取所述灵敏度系数。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，将所述包带连接结构的实测数据和仿真结果之间的误差作为所述目标函数。

12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，将所述包带连接结构中的不确定参数作为所述三维有限元模型的备选的第一类待修正参数。

13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二修正模块包括：

获取所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数；对所述备选的第二类待修正参数进行灵敏度分析，获取与所述备选的第二类待修正参数一一对应的灵敏度系数，并根据所述灵敏度系数确定第二类待修正参数；

根据所述目标函数对所述第二类待修正参数进行优化，以获取最终的二维轴对称有限元模型。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，确定所述二维有限元模型的误差来源主要是建模过程中引入的卡块轴对称近似，将与轴对称近似相关的参数作为所述二维有限元模型的备选的第二类待修正参数。