一种可实现六面体网格划分的螺栓有限元参数化建模方法

摘要

本发明公开了一种可实现六面体网格划分的螺栓有限元参数化建模方法，在有限元软件中对螺栓模型关键几何尺寸进行参数化设定，通过分段表达法构建垂直螺栓轴线方向的螺纹单截面模型，利用关键点平移和旋转的方法构建单节距上各个螺纹截面模型，通过体生成、复制和平移的方法沿螺栓轴线方向生成数目为螺纹个数的螺纹段体模型，依照螺纹体模型沿轴线的分割界限划分不带螺纹的螺杆模型，对螺杆和螺纹结合部进行单独体生成处理，依照螺纹体模型沿轴线的分割界限划分螺栓头体模型，利用映射Mapped划分整个螺栓体模型，最终生成螺栓六面体网格单元模型。本发明改善了螺栓模型网格划分质量，提高了螺栓联接仿真计算的求解精度和求解效率。

主权项

一种可实现六面体网格划分的螺栓有限元参数化建模方法，其特征在于，包含下述步骤：1）在有限元软件中对螺栓模型关键几何尺寸进行参数化设定；所述的螺栓模型关键几何尺寸包括：螺栓公称直径d，螺纹节距P，螺纹圈数nn，螺纹牙半角α，齿根圆角半径ρ，齿全高H，螺纹段长度B，螺杆长度L，螺栓头厚度KGC，六角螺栓头内切圆直径S，六角螺栓头对顶点距离e，螺杆头部圆柱体直径DW以及该圆柱体厚度C；2）将螺纹单截面沿周向分为四个部分，四部分面拥有同一圆心，而每个面的半径变化规律一致，利用分段表达法构建垂直螺栓轴线方向的螺纹单截面模型；所述的利用分段表达法构建垂直螺栓轴线方向的螺纹单截面模型，具体包含以下步骤：(1)利用有限元软件关键点的构建功能建立第一段圆弧线上的7个关键点（kp1,……,kp7），每个关键点的柱坐标如下式所示： r = d 2 θ = i - 1 6 × 1 4 π + 7 8 π z = 0 ( i = 1 , . . . 7 ) (2)利用有限元软件关键点的构建功能建立第二段圆弧线上的15个关键点（kp8,……,kp22），每个关键点的圆柱坐标如下式所示： r = H π × ( i 15 × 5 8 π + 9 8 π ) + d 2 - 7 8 H θ = i 15 × 5 8 π + 9 8 π z = 0 ( i = 1 , . . . 15 ) (3)利用有限元软件关键点的构建功能建立第三段圆弧线上的12个关键点（kp23,……,kp34），每个关键点的圆柱坐标如下所示： r = d 2 - 7 8 H + 2 ρ - ρ 2 - P 2 4 π 2 × ( i 12 × 1 2 π - 1 4 π ) 2 θ = i 12 × 1 2 π - 1 4 π z = 0 ( i = 1 , . . . 12 ) (4)利用有限元软件关键点的构建功能建立第四段圆弧线上的14个关键点（kp35,……,kp48），每个关键点的圆柱坐标如下所示： r = H π × ( i 15 × 5 8 π + 1 4 π ) + d 2 - 7 8 H θ = i 15 × 5 8 π + 1 4 π z = 0 ( i = 1 , . . . 14 ) (5)用样条曲线连接上述所建立的关键点形成闭合曲线，利用闭合曲线生成螺纹单截面模型；3）沿螺栓轴线的方向将单节距划分17个截面，以步骤2）中构建的螺纹单截面模型的关键点为对象，利用关键点平移和旋转的方法构建单节距上各个螺纹截面模型；4）通过对步骤3）中构建的单节距上各个螺纹截面模型进行面分割，利用有限元软件体生成、复制和平移功能，沿螺栓轴线方向生成数目为螺纹个数 的螺纹段体模型；5）利用有限元的圆柱体建模功能构建不带螺纹的螺杆模型，依照螺纹体模型沿轴线的分割界限划分新建的不带螺纹的螺杆模型；6）将步骤4）构建的螺纹段体模型和步骤5）构建的螺杆模型结合部对应的关键点相连生成连接线，并利用各段的连接线生成螺杆和螺纹结合部的闭合面模型，通过面模型生成相应的体模型；7）依据螺栓头实际尺寸，构建螺杆头部圆柱体和六角螺栓头，依照螺纹体模型沿轴线的分割界限划分新建体模型；8）选取单元类型，利用映射Mapped划分整个螺栓体模型，生成螺栓六面体单元网格模型。