[发明专利]一种基于单纯形搜索的群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法

说明书

本发明公开了一种基于单纯形搜索的群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法，涉及的被连接件为薄壁件，群组螺纹紧固件呈无序分布。该方法包括：群组螺纹紧固件组别划分、第M‑1组螺纹紧固件拧紧顺序优化、薄壁件‑螺纹连接结构静态特性数值仿真、基于单纯形搜索的第M组首颗螺纹紧固件确定准则、形成群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法。本发明融合了数值模拟、数据拟合和单纯形搜索等方法，为工程人员解决群组螺纹紧固件预紧力离散度大、连接性能欠佳、装配一致性差问题提供了方法与技术支持。

技术领域

本发明属于土木工程结构及机械装备群组螺纹紧固件装配领域，特别涉及一种基于单纯形搜索的群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法。

背景技术

螺纹连接具有装拆方便、维护成本低等优点，是土木工程与机械装备主流装配形式。为实现产品高性能装配，群组螺纹紧固件空间排布多为有序或无序分布。扭矩法是控制螺纹紧固件预紧力常用方法，但不同拧紧顺序下的预紧力分布状态存在较大差别。预紧力过小，螺纹连接在外载激励下容易松动失效；预紧力过大，容易诱发紧固件断裂。因此，提出一种群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法对预紧力均匀分布及螺纹连接性能的提升至关重要。

基于实验探索与实践经验制定的ASME PCC-1标准及JGJ 82-2011规范规定了有序分布螺纹紧固件拧紧顺序的一般原则：先中间后两边、对角交叉分步。利用该原则，提出了面向法兰结构螺纹紧固件的最佳拧紧顺序，但并未形成理论或数值模拟方法，难以用于无序分布螺纹紧固件装配设计阶段拧紧顺序的优化。

发明内容

本发明旨在解决螺纹连接结构因拧紧顺序不佳导致的预紧力与表面应力非均匀分布，以及由其引发的工程结构或机械装备装配质量等技术难题，依据先中间后两边及对角交叉分步拧紧原则，突破现有技术，提出一种基于单纯形搜索的群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法。

所述优化方法，主要包括如下步骤：

S1、无序分布群组螺纹紧固件分组；

S2、含真实螺纹及粗糙表面的螺纹连接结构有限元模型；

S3、基于ASME PCC-1的第M-1组螺纹紧固件最佳拧紧顺序；

S4、结合数值仿真与数据拟合的挠曲面方程；

S5、基于单纯形搜索的第M组第1颗螺纹紧固件确定准则；

S6、确定第M组紧固件最佳拧紧顺序和第M+1组第1颗螺纹紧固件；

S7、形成无序分布群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法，并进行实验验证。

与现有技术相比，本发明提出一种基于单纯形搜索的群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法，其显著优点在于：(1)在解释当前有序分布螺纹紧固件最佳拧紧顺序的基础上，重点解决了无序分布螺纹紧固件拧紧顺序优化难题；(2)该方法融合了有限元静强度分析、数据拟合及单纯形搜索法，能够在设计阶段实现螺纹紧固件拧紧顺序的优化，与依赖于实验和经验的方法相比，节约了经济与时间成本，保证了螺纹紧固件预紧力的均匀分布。

附图说明

图1是群组螺纹紧固件拧紧顺序优化方法流程图；

图2是无序分布群组螺纹紧固件及其结构示意图；

图3是真实螺纹特征紧固件及粗糙表面三维模型；

图4是拧紧顺序参照组与优化组实验结果对比图。

具体实施方式

为使工程装配领域设计与操作人员更加清晰本发明实施过程及其优点，结合具体实例对本发明作进一步描述。

图2所示螺纹连接结构包括螺纹紧固件1、3、7、8、9，基座4，薄壁件5和元件11。元件11与薄壁件5胶结，薄壁件5通过螺纹紧固件1、3、7、8、9与基座4固接。在其上设置4个测点a、b、c、d分别对应序号2、6、10、12。

图1所示为本发明所述方法详细流程，具体实施步骤结合图2所示的螺纹连接结构描述如下：