一种螺栓的有限元分析方法及强度评估方法

摘要

本发明涉及一种螺栓的有限元分析方法及强度评估方法，可用于复杂结构、复杂载荷下大量螺栓的快速建模和强度评估，属于螺栓强度评估技术领域。读取螺栓应力的有限元分析结果；在螺杆中部建立平行于螺帽的截面，提取不同载荷步下截面上的拉力、弯矩；以螺杆拉力为横坐标，以螺杆弯矩为纵坐标，做曲线图；随着螺栓拉力增大，螺栓弯矩达到峰值；螺栓力继续增大，螺栓弯矩开始下降，表明螺栓进入屈服；随着螺栓拉力进一步增大，螺栓弯矩降低到峰值一半时，表明螺栓达到强度极限。采用有限元方法计算螺栓应力，并建立螺栓强度判据，提高了螺栓强度计算的精度。

主权项

一种螺栓的有限元分析方法，其特征在于步骤为：1)对螺栓建立有限元模型，有限元模型中所使用的参数为螺栓的材料属性和螺栓的几何尺寸；所述的螺栓的材料属性是指螺栓材料的弹性模量、泊松比、屈服应力、极限强度和断后伸长率；所述的螺栓的几何尺寸参数包括螺杆的直径和长度、螺钉头的直径和厚度，螺帽的直径和厚度；2)对法兰建立有限元模型，有限元模型中所使用的参数为法兰的材料属性和法兰的几何尺寸；所述的法兰的材料属性是指法兰材料的弹性模量、泊松比、屈服应力、极限强度和断后伸长率；所述的法兰的几何尺寸参数包括法兰的外径、宽度、厚度，高度、筒壁厚度、螺孔直径、螺孔到筒壁距离；3)将步骤1)中建立的螺栓模型、步骤2)中建立的法兰模型进行装配，得到装配模型；4)采用有限元工具对步骤3)得到的装配模型进行接触关系设定，法兰的对接面设为接触关系，螺帽与法兰之间设为接触关系，螺杆与螺孔之间设为接触关系；5)采用有限元工具对步骤3)得到的装配模型进行单元划分，得到单元模型，六面体单元均采用非协调元，四面体单元均采用二阶修正单元；进行单元划分时要求螺杆和螺孔的周向单元数目相同，且单元数目不少于8个；要求法兰厚度方向的单元数目不少于2个，螺杆长度方向的单元数目为奇数，且不少于5个；6)采用有限元工具在单元模型上施加边界条件和载荷，然后用有限元工具对单元模型进行应力分析，得到螺栓应力的有限元分析结果。