[发明专利]螺栓连接力学状态的有限元计算方法及强度校核方法

权利要求书

1.一种螺栓连接力学状态的有限元计算方法，其特征在于，包括：

根据螺栓连接结构中各部件的真实几何结构，建立所述螺栓连接结构对应的有限元模型；其中，所述螺栓连接结构包括螺栓、螺母、上被夹件和下被夹件；所述有限元模型包括：各部件的三维实体单元、各部件的真实材料属性、以及螺栓和螺母的螺纹结构；

设置所述有限元模型的边界条件，所述边界条件包括：螺纹接触界面、螺母和上被夹件接触界面、上下被夹件接触界面、下被夹件和螺栓头部接触界面；每个所述接触界面设置有对应的摩擦系数；

执行两个有限元分析步骤，其中，第一个步骤包括对所述有限元模型中的螺栓头部施加固定约束，对所述有限元模型中的螺母施加转角约束，以模拟螺母的拧紧；第二个步骤包括卸去所述有限元模型中对螺栓头部施加的固定约束，对所述有限元模型中的上被夹件和下被夹件之间的一个被夹件施加固定约束，并对另一个被夹件施加外载荷F_A；

根据所述两个有限元分析步骤中得到的数据，求解被夹件柔度|_P、载荷系数φ以及保证螺栓连接结构连接刚度稳定性所需的第二最小预紧力值F_Mmin2。

2.根据权利要求1所述的螺栓连接力学状态的有限元计算方法，其特征在于，根据所述两个有限元分析步骤中得到的数据，求解所述被夹件柔度δ_P，包括：

提取所述第一个步骤结束时，所述螺栓的第一预紧力F_K1以及被夹件的内孔长度的压缩量x；

利用公式1，根据所述压缩量x和所述第一预紧力F_K1求解所述被夹件柔度δ_P；所述公式1为：

3.根据权利要求1所述的螺栓连接力学状态的有限元计算方法，其特征在于，根据所述两个有限元分析步骤中得到的数据，求解所述载荷系数φ，包括：

提取所述第二个步骤结束时，所述螺栓的第二预紧力F_K2；

利用公式2，求解由于外载荷F_A作用而造成的预紧力增加量F_SA；所述公式2为：

F_SA＝F_K2-F_K1；

利用公式3，求解所述载荷系数φ；所述公式3为：

4.根据权利要求1所述的螺栓连接力学状态的有限元计算方法，其特征在于，根据所述两个有限元分析步骤中得到的数据，求解所述第二最小预紧力值F_Mmin2，包括：

在多个大小不同的预紧力下，分别对所述有限元模型进行有限元分析，得到每个预紧力下的外载荷施加节点平均位移；

分别计算外载荷F_A与每个预紧力下的外载荷施加节点平均位移的比值，得到每个预紧力对应的连接刚度，并绘制连接刚度与预紧力的关系曲线；

当所述关系曲线的斜率绝对值等于或者小于预设临界值时，将对应的预紧力确定为所述第二最小预紧力值F_Mmin2。