[发明专利]一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法

说明书

本发明公开了一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，包括长悬臂梁、短悬臂梁、连接螺栓和防松垫圈，所述长悬臂梁的一端开设有第一固定孔，长悬臂梁的另一端开设有第一螺栓孔，所述短悬臂梁的一端开设有第二固定孔，短悬臂梁的另一端开设有第二螺栓孔，所述防松垫圈包括上垫圈和下垫圈，上垫圈和下垫圈的中心均开设有通孔。本发明提出的带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，第一卡合面和第二卡合面表面设有楔形自锁结构，第一卡合面和第二卡合面啮合连接，防止打滑，连接牢固，为了简化结构较复杂的防松垫圈，根据薄层单元法，将第一接触面和第二接触面用近似薄层进行等效替代。

技术领域

本发明涉及螺栓装配技术领域，特别涉及一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法。

背景技术

螺栓连接因其具有结构简单、标准统一、便于装配和检修及连接安全可靠等诸多优点，在机械与汽车、航空航天和电力能源等各种领域有着极为广泛的应用。同时，由于螺栓自身的联接形式，又使它成为了整个结构中非线性因素的最主要来源。螺栓连接性能会影响结构整体动态性能，而影响螺栓连接性能的因素主要包括螺栓预紧力、接触面表面形貌以及螺栓装配个数和装配工艺，为了探究以上因素对螺栓动力学的影响，许多学者都通过研究螺栓结合面的模态参数(刚度、阻尼和固有频率)来研究螺栓连接特性，并通过这些特性来预示螺栓连接结构的动力学响应和系统能量耗散。现有通过建立两连接件的螺栓连接结构的方法，探究螺栓预紧力对该结构的动态特性(固有频率)的影响，只考虑了接触面均为平面的情况，并未将特殊接触面作为研究对象。

发明内容

发明的目的在于提供一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，可以简化防松垫圈结构，方便了建模及分析，过有限元仿真探究了螺栓预紧力对带防松垫圈的螺栓连接结构的动态特性(固有频率)的影响，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带防松垫圈的螺栓连接结构，包括长悬臂梁、短悬臂梁、连接螺栓和防松垫圈，所述长悬臂梁的一端开设有第一固定孔，长悬臂梁的另一端开设有第一螺栓孔，所述短悬臂梁的一端开设有第二固定孔，短悬臂梁的另一端开设有第二螺栓孔，所述防松垫圈包括上垫圈和下垫圈，上垫圈和下垫圈的中心均开设有通孔，上垫圈和下垫圈相邻的一侧分别连接有第一卡合面和第二卡合面，上垫圈和下垫圈相背的一侧分别设有第一接触面和第二接触面，第一接触面与长悬臂梁靠近第一螺栓孔的一端相接，第二接触面与短悬臂梁靠近第二螺栓孔的一端相接，所述连接螺栓依次贯穿第二螺栓孔、通孔和第一固定孔，且连接螺栓的上端通过螺母啮合。

优选的，所述第一接触面和第二接触面均为非平面结构。

优选的，所述第一螺栓孔和第二螺栓孔均与连接螺栓啮合。

优选的，所述第一卡合面和第二卡合面表面设有楔形自锁结构，第一卡合面和第二卡合面啮合。

优选的，所述连接螺栓为M8螺杆。

本发明提供另一种技术方案为：一种带防松垫圈的螺栓连接结构的建模方法，包括如下步骤：

S1：建立实体：用三维建模软件SolidWorks建立悬臂梁式螺栓结构三维模型；

S2：定义实体材料：分别为长悬臂梁、短悬臂梁、连接螺栓和防松垫圈进行实体定义，长悬臂梁、短悬臂梁和防松垫圈的材料属性按照45号钢来处理，密度为7850kg/m3，弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3，实体单元采用C3D8R单元；

S3：定义装配关系：将第一接触面和第二接触面用近似薄层进行等效替代，将之前所述结构中的实际防松垫圈结构用等效后的薄层加防松垫圈的结构进行等效替代；

S4：设置分析步与输出变量：改变连接螺栓载荷大小，输出弯曲模态的固有频率；

S5：定义接触类型：设置各接触面之间的接触，摩擦系数取0.15；