[发明专利]一种螺栓强度简化计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及连接螺栓强度计算的技术领域，尤其是指一种螺栓强度简化计算方法。

背景技术

目前传统的连接螺栓强度计算有两种思路：VDI2230公式计算和有限元建模计算。

以上两种方法各有优劣：1、VDI2230是基于工程经验积累得到的计算标准，需要有足够的经验对模型进行简化，选取各参数，以确定每个螺栓在复杂结构中承受的外载。该方法虽然计算速度快，但由于工程人员的经验不足，对进行模型简化会使结果产生较大误差；2、传统的有限元计算，需要建立详细的连接件与螺栓的有限元模型，该方法计算结果较精确，但建立螺栓模型以及计算过程需要耗费较长时间，效率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种全新的螺栓强度简化计算方法，该方法不需要VDI2230中对模型简化以及参数选取的过程，避免了工程人员经验不足导致的误差，也不需要建立复杂的螺栓有限元模型，节省了计算时间，从而提高效率。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种螺栓强度简化计算方法，该方法是通过简化的有限元模型，快速得到螺栓受力状态，再根据VDI2230校核准则进行安全性判断，其具体过程为：首先，建立通过螺栓连接的至少两个夹紧件的有限元模型，并在夹紧件的螺栓位置建立替代节点，每个替代节点与对应的螺栓孔壁面节点分别用刚性单元进行连接，用于力和力矩的传递，并耦合同一螺栓在不同夹紧件上的替代节点的六个自由度UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ，同时要求两个夹紧件之间的连接面建立标准接触，然后按照工况条件加载载荷，计算完毕后提取所耦合两个夹紧件的替代节点之间的作用力，即为螺栓在有限元模型和外载下所受载荷，由此能够将复杂模型转化为VDI2230中最简单的同心加载，最后再根据VDI2230校核准则判断螺栓的安全性即可。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明方法通过简化的有限元模型计算，并提取耦合节点的相互作用力作为工作外载传递到螺栓位置的载荷，可将VDI2230中最困难最需要经验的模型假设以及参数设定环节转到了有限元中进行，该方法与利用VDI2230进行模型假设得到的结果相比更准确，方法更简单，对技术人员的工程经验要求相对不高。

2、本发明方法不需要建立图3、图4所示的详细的螺栓模型，仅需通过节点耦合方式简化螺栓连接，省掉了采用传统有限元建模的繁琐过程，并缩短了计算时间，从而有效提高效率。

附图说明

图1为假定连接件示意图。

图2为节点耦合模拟简化螺栓连接示意图。

图3为传统的有限元螺栓连接整体模型示意图。

图4为传统的螺栓有限元建模示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所提供的螺栓强度简化计算方法，其核心思路为：将简化的有限元模型计算结果与经典的VDI2230方法的结合使用，具体是结合VDI2230和传统有限元计算的优点，对螺栓进行分析。由于VDI2230计算的难点在于对复杂模型简化从而得到螺栓所受载荷，因此将这一过程在简化后的有限元模型中进行。

假设螺栓的连接结构如图1所示。

该方法仅需建立夹紧件1、夹紧件2的有限元模型，并在夹紧件1的螺栓1位置建立替代节点1-1、螺栓2位置建立替代节点2-1、螺栓3位置建立替代节点3-1、螺栓4位置建立替代节点4-1；在夹紧件2的螺栓1位置建立替代节点1-2、螺栓2位置建立替代节点2-2、螺栓3位置建立替代节点3-2、螺栓4位置建立替代节点4-2，每个替代节点与对应的螺栓孔壁面节点分别用刚性单元进行连接，用于力和力矩的传递，并耦合同一螺栓在不同夹紧件上的替代节点1-1与2-1、2-1与2-2、3-1与3-2、4-1与4-2的六个自由度UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ，同时要求夹紧件1和夹紧件2之间的连接面建立标准接触，示意图参见图2所示。

按照工况条件加载载荷，计算完毕后提取所耦合的两个夹紧件1、2的替代节点之间的作用力，即为螺栓在该连接结构和外载下所受载荷，由此可将复杂模型转化为VDI2230中最简单的同心加载，最后再根据VDI2230校核准则判断螺栓的安全性即可。