[發(fā)明專利]一種螺栓連接結(jié)合面壓力分布的數(shù)學(xué)表征方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811314363.7
• 申請(qǐng)日: 2018-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN109522631B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張周鎖;曹建斌;鄧文敬;楊文展;郭燕飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.一種螺栓連接結(jié)合面壓力分布的數(shù)學(xué)表征方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據(jù)螺栓連接結(jié)構(gòu)幾何特征建立參數(shù)化螺栓連接結(jié)構(gòu)三維幾何模型，所述螺栓連接結(jié)構(gòu)為單螺栓連接結(jié)構(gòu)，包含被連接件和螺栓連接件，被連接件包括上板和下板；

(2)分別設(shè)置螺栓連接結(jié)構(gòu)三維幾何模型的材料屬性和單元類型，參數(shù)化離散分網(wǎng)構(gòu)建螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元模型；

(3)對(duì)螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元模型施加預(yù)緊力進(jìn)行靜力學(xué)分析，獲得被連接件內(nèi)部壓力分布云圖和結(jié)合面接觸壓力分布云圖；

(4)根據(jù)被連接件內(nèi)部壓力分布和結(jié)合面接觸壓力分布特征，利用多項(xiàng)式分段函數(shù)構(gòu)造螺栓連接結(jié)合面上沿螺孔徑向方向壓力分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如下式所示

其中：a、b、c、A₀～A₄表示多項(xiàng)式的系數(shù)，r表示螺栓孔的半徑，x表示徑向距離，θ表示結(jié)合面壓力達(dá)到最大值時(shí)的徑向距離；

螺栓預(yù)緊力等于上述數(shù)學(xué)表達(dá)式在結(jié)合面上沿螺孔圓周方向上的積分，因此力平衡條件表示為

P＝∫∫σdA

其中：P表示預(yù)緊力，A表示結(jié)合接觸面積，σ表示結(jié)合面上的應(yīng)力；

螺栓連接結(jié)合面壓力分布數(shù)學(xué)表征中的系數(shù)通過曲線特征和力平衡條件確定，如下所示：

其中：R表示結(jié)合面的最大接觸半徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺栓連接結(jié)合面壓力分布的數(shù)學(xué)表征方法，其特征在于，所述步驟(1)中的螺栓連接結(jié)構(gòu)三維幾何模型忽略掉螺紋連接部分，螺柱簡化為光桿，螺頭和螺母簡化為圓柱結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺栓連接結(jié)合面壓力分布的數(shù)學(xué)表征方法，其特征在于，所述步驟(2)中螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元模型在ANSYS中建立，包含了三處接觸單元設(shè)置和一處預(yù)緊單元設(shè)置，三處接觸單元設(shè)置分別為螺頭與上板結(jié)合面單元、上板與下板結(jié)合面單元、下板與螺母結(jié)合面單元，一處預(yù)緊單元為螺柱中間平面單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺栓連接結(jié)合面壓力分布的數(shù)學(xué)表征方法，其特征在于，所述步驟(3)中被連接件內(nèi)部壓力分布云圖呈現(xiàn)出以結(jié)合面為對(duì)稱平面的空間圓錐體對(duì)稱分布，結(jié)合面接觸壓力分布云圖為接觸壓力沿螺孔圓周方向均勻分布，接觸壓力沿螺孔徑向方向先增大到最大值然后逐漸減小為零。