[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

说明书

本发明涉及一种复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法，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；步骤3：螺栓轴向预紧力位移计算；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MPC(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；再用MPC将中点1、中点2、加载点3连接。本方法作为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，是在传统的螺栓预紧力施加方法基础上进行改进得到的，实现了复杂连接结构的非线性分析的简化，有效的缩短计算周期，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及一种螺栓预紧力施加方法，特别是涉及一种复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法。

背景技术

为了改善关键部位连接螺栓的疲劳性能和防止螺栓松动，需要对螺栓施加预紧力。在传统仿真分析中，螺栓预紧力施加方法是在螺栓中部将螺栓截断，再施加预紧力，采用非线性迭代算法分两步计算计算，第1步施加约束和接触并在螺栓断面施加预紧力，以获得螺栓的轴向预紧力位移，第2步则再在螺栓断面施加第1步计算得到的螺栓轴向预紧力位移δ和外载，见说明书附图1所示。

传统的螺栓预紧力施加方法不仅分析步骤多，而且每个载荷工况均需计算一次预紧力螺栓的轴向预紧力位移，由于目前非线性分析均采用迭代算法，导致计算周期长，同时模型较难收敛；在研制周期较为紧张的情况下，急需一种方便快捷的螺栓预紧力施加方法，满足工程实际应用需要。

发明内容

针对传统的螺栓预紧力施加方法存在计算周期长、计算步骤多等不足，本发明建立一种新的螺栓预紧力施加方法，有效缩短复杂连接结构的非线性分析周期，提高分析收敛性。

本发明采取的技术方案为，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，本方法包括了以下步骤：

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