[發明專利]一種螺栓連接件剛度的確定方法

有效

• 申請號: 201110002689.8
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102063552A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 李小虎;張進華;洪軍;王崴;王寧;楊國慶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安瑞特快速制造工程研究有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種綜合考慮螺栓擰緊過程及連接件微觀表面形貌的螺栓連接件剛度的確定方法。?

背景技術

在機床、大飛機、航母等復雜機械系統中，螺栓連接是裝配件中一種典型的連接方式，螺栓連接件的剛度包括螺栓連接件基體的剛度及螺栓連接件結合面的剛度，這些剛度直接影響著整個機械系統的性能。因此引入對螺栓連接件剛度的計算方法，可以有效的提高設計階段整機機械性能的預測水平。?

螺栓連接件剛度的計算，近幾年來得到越來越多的關注。對剛度的研究，目前主要集中在兩方面，一方面為依照宏觀幾何尺寸建立具有光滑表面特征的有限元模型，利用接觸理論進行分析；另一方面為按照分形理論建立微觀表面模型，進而進行分析計算，得到接觸剛度。這兩種方式各有優缺點，第一種方式能夠從宏觀上考慮整體的剛度，但忽略了微觀表面形貌對整體剛度的影響；第二種方式考慮了微觀接觸剛度，建立的模型為微觀模型，只能反映局部的表面形貌與剛度之間的關系，但要再擴展到螺栓連接件的宏觀尺度是比較難實現的。且這些方法都未涉及到螺栓擰緊過程對剛度的影響。?

發明內容

本發明旨在提出一種考慮常用的連接件材料、厚度、車削或磨削表面形貌及螺栓擰緊過程的螺栓連接件剛度的確定方法。?

本發明解決其技術問題的方案是：?

1)根據螺栓連接件的實際尺寸及結合面實際形貌以由宏觀尺寸到微觀形貌逐層累加的方式建立螺栓連接件的宏微觀有限元仿真模型；?

2)根據螺栓連接件的宏微觀有限元模型建立螺栓連接件剛度模型，將螺栓連接件的剛度分為螺栓連接件基體剛度及螺栓連接件結合面剛度兩部分，這兩部分剛度通過串聯方式得到整個螺栓連接件的剛度，其中，螺栓連接件結合面剛度由各個接觸微凸體的剛度并聯得到；?

3)螺栓連接件宏微觀相結合有限元模型邊界條件的施加及仿真計算；?

4)根據仿真計算結果及所建立的螺栓連接件剛度模型計算螺栓連接件剛度。?

其中，建立螺栓連接件的宏微觀有限元仿真模型包含以下步驟：?

1)建立光滑基體的第一級有限元模型：用普通的宏觀幾何量測量方法測量連接件的宏觀幾何信息：包括連接件的外形尺寸、孔徑大小及螺栓大小。在ansys仿真軟件中依照測量得到的宏觀幾何信息進行建模，并進行網格劃分。此時建立了螺栓連接件第一級有限元模型。?

2)建立包含連接件波紋度信息的第二級有限元模型：利用共聚焦顯微鏡低倍鏡頭的拼接測量方式對連接件結合面部位的表面形貌進行測量，對所測量得到的大范圍形貌依照高斯低通濾波方式進行濾波，以得到螺栓連接件結合面部位的波紋度。低通頻率按照以下公式(1)進行計算：?

S(x)=1αλcexp(-π(xαλc)2)---(1)]]>

其中，?λ_c為濾波器的截止波長?

對光滑基體有限元模型的底部單元進行細化，按照細化后的單元間距0.05mm:0.2mm對濾波后所得的波紋度圖形進行數據離散，得到在考慮連接件波紋度前提下，各個光滑基體底部各節點的相對改變位置。利用ansys仿真軟件修改節點位置的功能，結合波紋度的離散數據，修改光滑基體底部各節點的位置，此時，建立了包含連接件波紋度的第二級有限元仿真模型。?

3)建立包含連接件微觀形貌的第三級有限元模型：利用白光干涉儀高倍鏡頭測量結合面部位的表面微觀形貌，此時的表面微觀形貌能夠反映連接件表面微凸體的具體形貌。根據多尺度微觀接觸力學模型，對微觀表面形貌進行傅里葉濾波，高頻濾波頻率ω_H按下式(2)進行計算：?