[发明专利]一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法

说明书

本发明公开了一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法，包括以下步骤：S1：获取螺栓的基本物理参数和有限元网格节点数据，并进行坐标转换；S2：判断是否生成外螺纹轮廓，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3：对螺纹有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S4；S4：判断是否生成内螺纹轮廓，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；S5：对螺母有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S6；S6：将有限元网格节点数据的柱坐标转换至笛卡尔坐标，将进行轮廓偏移操作后的有限元网格节点数据替换原始有限元网格节点数据。本发明可以在无需手动计算的情况下高效率、高精准度且大批量地获取各种螺纹精密有限元模型。

技术领域

本发明属于螺纹有限元模型技术领域，具体涉及一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法。

背景技术

在螺栓精密有限元研究领域，由于技术限制，研究进展比较缓慢，目前国内外对于精密有限元模型的研究基本集中于对标准米制螺纹的研究。研究非标准螺纹轮廓，有利于提升螺纹的紧固、防松等性能，但目前国内外文献中暂无非标准螺纹轮廓的一般化轮廓公式的相关研究。前沿理论的缺失导致一般化螺纹精密有限元模型的生成方法暂无人研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决非标准螺纹无相应的轮廓公式导致精密有限元模型无法生成的问题，提出了一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法。

本发明的技术方案是：一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法包括以下步骤：

S1：获取螺栓的基本物理参数和有限元网格节点数据，并将有限元网格节点数据的笛卡尔坐标转换至柱坐标，其中，有限元网格节点数据包括螺纹有限元网格节点和螺母有限元网格节点；

S2：根据螺栓的基本物理参数判断是否生成外螺纹轮廓，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

S3：对螺纹有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S4；

S4：根据螺栓的基本物理参数判断是否生成内螺纹轮廓，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；

S5：对螺母有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S6；

S6：将有限元网格节点数据的柱坐标转换至笛卡尔坐标，将进行轮廓偏移操作后的有限元网格节点数据替换原始有限元网格节点数据，得到一般化螺纹精密有限元模型。

进一步地，步骤S1中，螺栓的基本物理参数包括螺栓物理参量、轮廓分段点和螺栓有限元网格节点信息；其中，螺栓物理参量包括公称直径d、螺纹截距P、螺距等分数N_P、密集网格层数n_m、螺纹旋向、牙型角α、顶部切削量h_top、底部切削量h_root、螺纹原始三角形高度H、计算直径d₃、外螺纹的牙底半径ρ_b、内螺纹公称直径D、内螺纹中径D₂和内螺纹牙底半径ρ_n；有限元网格节点信息包括螺栓头、螺栓杆、螺母、是否生成外螺纹和是否生成内螺纹；轮廓分段点包括第一轮廓分段点θ₁、第二轮廓分段点θ₂、第三轮廓分段点θ₃和第四轮廓分段点θ₄。

进一步地，第一轮廓分段点θ₁、第二轮廓分段点θ₂、第三轮廓分段点θ₃和第四轮廓分段点θ₄的计算公式分别为：

其中，h_root表示底部切削量，α表示牙型角，h_top表示顶部切削量，H表示螺纹原始三角形高度。