机床与液压

作者：郑运卓，柴清东，李红艳，吕继浩，李嘉宸，曹晓琳

单位：青岛科技大学机电工程学院；青岛科技大学机电工程学院；青岛科技大学机电工程学院；青岛科技大学机电工程学院；青岛科技大学机电工程学院；青岛科技大学机电工程学院

关键词：螺栓法兰连接;压力时变特性;改进Iwan模型

针对螺栓法兰连接结构在动态载荷下呈现非线性力学行为，而经典Iwan模型无法表征宏滑移阶段残余刚度且缺乏对法向-切向动态耦合机制有效描述的问题，提出一种改进Iwan模型及考虑压力时变特性的动态扩展模型。基于并联弹簧结构对经典Jenkins单元进行改进，构建改进Iwan模型，通过并联刚度显式表征宏滑移阶段的残余刚度，并结合Masing准则推导分段非线性滞回曲线方程。其次，基于Hertz接触理论建立螺栓预紧下的环形压力分布模型，引入法向时变因子ζ(t)描述动态工况下法向压力与切向滑移的耦合关系，将改进Iwan模型扩展为动态改进模型。结果表明：改进Iwan模型通过并联刚度成功表征了宏滑移阶段的残余刚度（60.45 N/m），与有限元结果（60.35 N/m）高度吻合；较有限元模型，改进Iwan模型能量耗散计算误差为3.65%，较经典Iwan模型（误差11.17%）降低了7.52%；动态改进模型引入法向时变因子后，能够更好地表征微滑移阶段的非线性特性，较有限元模型，其能量耗散误差为2.44%，优于改进Iwan模型（3.65%）。该研究为螺栓法兰连接结构的非线性动力学分析提供了理论建模工具。

来源：2026年第8期

《机床与液压》期刊编辑部

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