[发明专利]一种用于复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法

权利要求书

1.一种用于复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将螺栓预紧力力矩转换为螺栓轴向力；

步骤2：简化预紧力螺栓加载形式；

对螺栓和夹层受载方式进行工程等效简化，将螺栓和夹层简化为两根串联的不同截面面积的杆，确定螺栓预紧力位移的等效加载方式；

步骤3：螺栓轴向预紧力位移计算

螺栓的位移为：

夹层的位移为：

公式(1)、(2)中，P指螺栓轴向预紧力，L指夹层厚度，E₁为螺栓材料的弹性模量、E₂螺栓夹层材料的弹性模量，A₁为螺栓光杆面积，A₂为螺栓夹层的有效受力面积；

根据上面的原理，对多组不同预紧力、螺栓及夹层刚度下螺栓轴向预紧力位移数据进行拟合，得到螺栓轴向预紧力位移公式为：

δ＝A^T·{B}+D (3)

{B}＝{b₀ b₁ b₂ b₃ b₄}^T (4)

D＝[9.8701 175.6836 105.6444 -0.6768 -12.6924]·{b₀ b₁ b₂ b₃ b₄}^T

公式(5)中矩阵[P]、{C}为

其中：

b₀＝P·L/(E₁·π·r²) (6)

b₁＝P·L/(E₂·π·R²) (7)

b₂＝P·L/[E₂·(π·r²-π·R²)] (8)

b₃＝P·L/[E₁·(π·r²-π·R²)] (9)

c₀＝L/r (11)

c₁＝R/r (12)

c₂＝(R-r)/r (13)

c₃＝L/R (14)

c₄＝L/(R-r) (15)

c₅＝t/(R-r) (16)

c₆＝t/L (17)

公式(6)～(17)中，R为螺栓头半径，r为螺栓光杆半径；

步骤4：将预紧力螺栓在任意一处截断，建立两个截面及其截面中点的约束关系，中点1与截面1、中点2与截面2间分别采用多点约束连接，中点与截面间约束其平动和转动，即Ux/Uy/Uz和Rx/Ry/Rz，Ux、Uy、Uz分别为坐标系中x、y、z方向的位移，Rx、Ry、Rz分别为坐标系中x、y、z方向的转动；再用MPC将中点1、中点2、加载点3连接，约束关系为：

U_1x-U_2x-U_3x＝0 (18)

U_1z-U_2z＝0 (19)

U_1y-U_2y＝0 (20)

步骤5：将计算螺栓预紧力位移δ施加到加载点3上，同时施加外载进行非线性分析。