[发明专利]一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法

权利要求书

1.一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：接地螺栓通入电流试验测量

将接地螺栓接入试验测量装置，采集螺栓通入不同电流后的数据，包括环境温度、材料参数、温升情况和形变情况；

步骤二：建立几何模型并导入至计算软件

在Auto CAD建模软件中，根据目标接地螺栓的内部结构和几何尺寸，建立目标螺栓的三维几何模型；按照COMSOL多物理场仿真软件的要求导出合适的几何模型格式,将建立的三维几何模型导入至仿真计算软件中；

步骤三：建立物理模型，设定材料参数

在COMSOL中选择焦耳热和热膨胀模型，设定材料参数，包括：热容、热导率、电导率、密度、杨氏模量、泊松比、相对介电常数、热膨胀系数和密度；

步骤四：根据步骤一采集的数据，设定边界条件，建立有限元网格并计算；然后导出计算结果至数据分析软件，得到通入不同电流的情况下，螺栓在此过程中温度、应力和应变的演变情况；

边界条件的设置为：

1).电流：

a).电流守恒：所有域；

b).电绝缘：所有边界；

c).初始值：电势：0V；

d).接触阻抗：表面阻抗：和螺帽接触的水平电阻；

e).接触阻抗：表面阻抗：和螺帽接触的竖直电阻；

f).电流源：536201A/m3；

g).接地：铝板；

2).固体传热：

a).固体传热：所有域；

b).初始值：293.15[k]；

c).热通量：向内热通量；

3).固体力学：

a).线弹性材料：所有域；

b).固定约束：和螺杆、螺帽产生面接触的区域；

c).自由：非受限端；

4).多物理场：

a).热膨胀：固体传热、固体力学；

b).电磁热源：电流、固体传热；

c).边界电磁热源：电流、固体传热；

d).温度耦合:固体传热、固体力学；

e).温度耦合:固体力学、电流。

2.根据权利要求1所述的一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法，其特征在于：所述步骤二建立几何模型时，简化了螺杆和螺帽接触区域，螺杆和螺帽的接触采用的是平滑接触。

3.根据权利要求1所述的一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法，其特征在于：所述步骤四的建立的有限元网格为：最大单元尺寸＝2.68mm；最小单元尺寸＝0.0268mm；单元增长率＝1.3；曲率指数＝0.2；狭区松弛度＝1。

4.根据权利要求1所述的一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法，其特征在于：所述步骤四边界条件的设置，首先根据接地螺栓试验数据设定边界条件，计算后将仿真结果与实验结果比较，再修改边界条件，最后得到优化后的边界条件。