[發明專利]一種螺栓拉彎耦合等效試驗方法

有效

• 申請號: 201410286019.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104090998B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 王斌;張希;林川;李林生;朱振濤;章凌;吳浩;曹昱;徐珊珊;曾杜娟
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明涉及一種螺栓拉彎耦合等效試驗方法，屬于彈箭體結構的連接螺栓局部強度試驗設計技術領域。

背景技術

螺栓廣泛應用于火箭、導彈的部段及零件連接結構中，一般情況下螺栓受力狀態為軸力、彎矩聯合作用的復雜受力狀態，尤其是在采用螺栓連接的點式分離裝置中，螺栓的局部彎矩很大，難以通過設計師手冊中的單向受力極限載荷確定其在實際結構中拉彎耦合作用下的承載能力，需要進行試驗驗證其是否滿足承載能力要求。另外，根據已有型號經驗，當對連接螺栓局部結構截取出來進行局部試驗時，螺栓的受力狀態與整體結構在軸彎剪載荷作用下的局部連接螺栓真實受力狀態具有一定的差距，需要設計一種簡單、通用的試驗手段來考核螺栓在拉彎耦合作用下的承載能力。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種螺栓拉彎耦合等效試驗方法，該方法實現了真實大型螺栓連接結構中螺栓強度的低成本試驗考核，為真實大型螺栓連接結構提供了可靠保證。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種螺栓拉彎耦合等效試驗方法，包括如下步驟：

步驟(一)、通過有限元軟件對螺栓連接件進行仿真分析，得到連接螺栓截面軸拉數據和連接螺栓截面彎矩數據，并以連接螺栓截面軸拉為橫坐標，連接螺栓截面彎矩為縱坐標，繪制曲線1；

步驟(二)、根據所述螺栓連接件中的上螺栓盒、下螺栓盒和連接螺栓的結構尺寸，利用有限元軟件建立附加彎矩試驗工裝模型，所述附加彎矩試驗工裝模型包括上螺栓盒、下螺栓盒、墊塊和螺栓，其中上螺栓盒與下螺栓盒通過螺栓連接，墊塊位于上螺栓盒與下螺栓盒之間，并位于螺栓的一側；

步驟(三)、利用有限元軟件計算所述附加彎矩試驗工裝模型在施加軸拉載荷F_s下的連接螺栓截面軸拉數據和連接螺栓截面彎矩數據，并以連接螺栓截面軸拉為橫坐標，連接螺栓截面彎矩為縱坐標，繪制曲線2,，將曲線2與步驟(一)中得到的曲線1進行對比，

若兩條曲線峰值點、結束點的數據誤差均≤5％，則進入步驟(四)；若兩條曲線峰值點數據誤差≤5％、結束點的數據誤差＞5％，則對施加的軸拉載荷F_s進行調整，返回步驟(三)；若兩條曲線峰值點數據誤差＞5％、結束點的數據誤差≤5％，則利用有限元軟件對所述附加彎矩試驗工裝模型的上螺栓盒、下螺栓盒和墊塊的尺寸進行修改，返回步驟(三)；若兩條曲線峰值點、結束點的數據誤差均＞5％，則對施加的軸拉載荷F_s進行調整，同時利用有限元軟件對所述附加彎矩試驗工裝模型的上螺栓盒、下螺栓盒和墊塊的結構尺寸進行修改，返回步驟(三)；

步驟(四)、根據步驟(三)確定的附加彎矩試驗工裝模型制備附加彎矩試驗工裝，進行拉彎耦合等效試驗，得到連接螺栓的極限承載能力參數，即連接螺栓拉斷時對應的載荷F；將載荷F與步驟(三)中最終確定的軸拉載荷F_s進行對比，若F≥F_s，則步驟(一)中螺栓連接件滿足設計要求，否則，步驟(一)中螺栓連接件不滿足設計要求。

在上述螺栓拉彎耦合等效試驗方法中，步驟(二)中建立的附加彎矩試驗工裝模型中的上螺栓盒包括底板、背板和兩個側板，下螺栓盒包括頂板、背板和兩個側板，墊塊為立方體結構，墊塊安裝位置避開螺栓。

在上述螺栓拉彎耦合等效試驗方法中，步驟(二)中建立的附加彎矩試驗工裝模型中的上螺栓盒的底板厚度、下螺栓盒的頂板厚度和墊塊厚度的總和等于步驟(一)中螺栓連接件中的上螺栓盒底板厚度與下螺栓盒頂板厚度之和。

在上述螺栓拉彎耦合等效試驗方法中，步驟(三)中對附加彎矩試驗工裝模型的上螺栓盒、下螺栓盒和墊塊的尺寸進行修改，即對上螺栓盒的底板、側板厚度，下螺栓盒的頂板、側板厚度和墊塊厚度進行調整，同時需要滿足附加彎矩試驗工裝模型中的上螺栓盒的底板厚度、下螺栓盒的頂板厚度和墊塊厚度的總和等于步驟(一)中螺栓連接件中的上螺栓盒底板厚度與下螺栓盒頂板厚度之和。

本發明與現有技術相比具有如下有益效果：

(1)、本發明通過有限元軟件對螺栓連接件進行仿真分析，并利用有限元軟件建立附加彎矩試驗工裝模型，通過調整施加載荷參數與結構尺寸，準確模擬真實的螺栓連接件中螺栓的受力狀態，通過拉彎耦合等效試驗判斷螺栓連接件是否滿足設計要求，從而解決了目前連接螺栓局部試驗時螺栓的受力狀態無法模擬整體結構在軸彎剪載荷作用下的局部連接螺栓真實受力狀態的難題，實現了真實大型螺栓連接結構中螺栓強度的試驗考核，為真實大型螺栓連接結構提供了可靠保證；