一种有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法

摘要

本发明涉及一种有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，根据该方法使用二维FEA的改进模型和方法适用于各种不同的螺栓结构建模。考虑螺纹联接中复杂的接触、摩擦、预紧等各种非线性因素，本发明的平面FEA改进模型保证了计算精度条件下对三维螺旋螺纹结构的有效简化。即通过输入元件参数和材料属性，综合非线性因素关系，分步加载预紧力和外力；根据螺纹区域的应力状态，定义了最大应力随外力的变化曲线和螺纹内最大应力随预紧力的变化曲线；并以接触面是否分离为判定准则，来确定螺纹联接的最佳预紧力。根据螺栓结构最大承载外力及所需预紧力要求，计算出螺栓结构的优化设计和最佳参数值。本发明亦适用于矩形或其他非标准螺纹螺栓结构。

主权项

一种有限元优化螺栓预紧力的方法，该方法主要通过计算机内有限元软件建立的螺栓联接结构有限元分析模型，对螺栓结构的预紧力进行优化和动力学响应分析；其特征在于该方法主要包括以下步骤：1）、通过所述有限元软件，输入所述螺栓结构中元件的参数和材料属性，综合所述螺栓结构的非线性因素关系，建立二维及二维对称的所述螺栓联接结构有限元分析模型；2）、所述螺栓联接结构有限元分析模型中，通过分步施加预紧力至最大值，考察所述螺栓结构的螺纹内部应力随预紧力的变化规律，得到最大应力随预紧力变化曲线L；3）、所述螺栓联接结构有限元分析模型中，通过分步施加外力至最大值，考察所述螺栓结构的螺纹内部应力随外力的变化规律，得到最大应力随外力变化曲线K；4）、所述螺栓结构有限元分析模型在所述螺栓结构的螺纹内部预紧力下应力小幅增大的变化曲线L，逐步接近最大应力随外力变化曲线K时，所述螺栓结构的螺纹内部应力趋向重合；所述螺栓联接结构有限元分析模型通过逐步施加外力F和预紧力Pn的循环计算中自动求解出最佳合力点Kp，该点的应力对应了所述螺栓结构的最大有效预紧力和对应的最大工作外力的合力值；则表明所述螺栓结构的接触面处于接近分离的未分离状态，此时的预紧力为最佳值。