[發明專利]一種獲取螺栓連接結合面應力分布的方法

有效

• 申請號: 201611033518.0
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106709142B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 孫清超;黃偉強;孫偉;汪云龍;孟亮國;馬躍;張偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發明公開了一種獲取螺栓連接結合面應力分布的方法，其特征在于具有如下步驟：測試螺栓連接結構、各被連接件及材料參數，建立全局圓柱坐標系(r,θ,z)和局部圓柱坐標系(r,θ，z_j)；將被連接件劃分為一系列薄層結構；建立狀態方程，并進行螺栓孔邊界特征處理，選取u^(j)、w^(j)、為狀態變量；表達每一薄層輸入?輸出變量映射關系，將薄層力學特征傳遞規律線性化；對螺栓連接結構中的所有薄層，逐次進行輸入?輸出映射變換；比較理論分析數據與試驗數據，確定適應相應結構計算的最優薄層數。本發明可以快速、準確的得到面壓分布的理論和檢測結果，根據理論和試驗結果可以得到最優的薄層層數。

技術領域

本發明涉及一種快速、準確獲取螺栓連接結合面應力分布方法，更具體地說，本發明提供了一種通過將螺栓連接結構分層，并結合層間應力/位移傳遞與邊界關系計算螺栓連接結合面應力的方法。

背景技術

螺栓連接結構是機械裝配最主要的連接形式，航空航天、汽車、重大裝備、新能源、數控機床等行業普遍應用螺栓進行機械產品連接。螺栓連接結構中多個被連接零部件之間的相互接觸面為“結合面”，螺栓連接結合面應力分布對機械系統靜力學、動力學及熱力學特性都具有顯著影響，獲取結合部應力分布狀態是準確分析機械系統特性的基礎。

獲取螺栓連接結合面應力信息對于研究螺栓連接結構裝配體性能很有意義。實際裝配過程中，通常不允許在結合面中置入傳感器；而與單一構件相比，機械結構的不連續性導致難以基于傳統彈性力學理論計算結合面應力，結合面應力/位移分布狀態相當于單一構件的邊界條件，因缺乏成熟的邊界未知條件下的應力/位移分布函數，傳統彈性力學體系中難以準確求解機械裝配體應力/位移場。

相關專利公開了裝配結合面應力分布測試方法，主要包括：

1)專利CN201983892U公開了一種螺紋擰緊力及被連接件結合面間壓力分布的測試裝置，包括安裝在螺栓頭部、用于測量螺栓預緊力的墊片式壓力傳感器，用于測量結合面應力分布的壓力薄膜傳感器，用于顯示墊片式壓力傳感器、壓力薄膜傳感器波形的示波器，用于采集墊片式壓力傳感器、壓力薄膜傳感器信號的計算機等。

2)US 6,829,944 B1公開了一種緊固件拉力測量系統，其通過測量緊固件頭部變形，根據該變形量與緊固力的函數關系測定緊固力，緊固件頭部變形測量可采用光學測量、電容式傳感器、光學圖像、氣動測量及壓縮電阻式測量方式。

3)201410629432.9公開了《一種間接測量裝配結合面應力分布的系統及方法》。首先，建立鄰側面應力與結合面應力分布對應關系，通過將壓力測量膠片放入部件Ⅰ與部件Ⅱ的結合面之間一段時間后取出，掃描儀將壓力測量膠片的顏色分布情況掃描成圖像輸入到計算機，計算機繪制出結合面應力等值線圖，應力等值線在鄰側面上的延伸線上粘貼應變片；然后，通過測量應變片的應力即可確定結合面的應力分布。

4)Sayed A.Nassar,Aidong Meng等提出了應用散斑干涉技術，通過監測被連接件位移監測螺栓緊固力的方法。

以上裝配結合面應力分布測試主要可以分為直接測量和間接測量兩種類型，實際裝配過程中結合面通常不允許置入傳感器，而上述間接測量可以獲取部分結合面應力分布信息，但難以獲取整個螺栓連接結合面應力分布。另外，結合面應力分析技術和應力測試技術屬于獲取結合面應力特征的兩種不同的途徑，通過計算的方式獲取結合面特征，對于分析、控制結合面應力分布，進一步控制機械系統性能具有重要意義。

有限元法是計算螺栓連接結合面應力場的主要方法，現有基于有限元的結合面應力計算方法主要有：