[发明专利]一种基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法

说明书

本发明公开了一种基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法。本发明的方法包括步骤：S1.建立舱段对接螺栓连接结构的3D几何模型；S2.根据所述螺栓连接结构的3D几何模型建立螺栓连接结构的有限元模型；S3.根据所述螺栓连接结构的有限元模型进行接触有限元建模，并进行螺栓连接松动模拟计算。本发明中的基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法，以仿真方法模拟出舱段对接螺栓连接松动过程中出现的预紧力下降的现象，能够有效指导受到基础激励的舱段对接螺栓连接结构的设计。

技术领域

本发明属于有限元仿真模拟领域，尤其涉及一种基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法。

背景技术

螺栓作为最常见的紧固方法之一，广泛应用于航空航天、土木工程、机械工程等领域。正常工作状态下的螺栓连接能可靠地完成被连接结构之间力的传递，这依赖于接触面上有足够大的夹紧力，夹紧力的施加则是通过拧紧螺栓来实现的，因此螺栓连接失效的标志便是螺栓预紧力的下降。除极端情况下螺栓发生拉断、断牙导致预紧力的消失，更多的情况是随着服役时间的增加出现预紧力缓慢下降的现象，这一现象称为螺栓松动。松动是螺栓连接结构失效的主要形式，因此对于螺栓松动问题的模拟具有重要的工程意义。

传统的螺栓连接模拟方法一般有两种，一是以绑定的方式代替接触，二是将螺栓连接等效为梁单元、Bush单元、薄层单元等。以上方法虽然能有效地等效正常工作状态下的螺栓连接，但对于发生松动导致预紧力下降则无能为力。因此需要一种针对螺栓连接结构受载后出现预紧力下降现象的模拟方法。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法，以仿真方法模拟出舱段对接螺栓连接松动过程中出现的预紧力下降的现象，能够有效指导受到基础激励的舱段对接螺栓连接结构的设计，具有十分重要的工程意义。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法，该方法包括以下步骤：

S1.建立舱段对接螺栓连接结构的3D几何模型，所述螺栓连接结构包括被连接件和螺栓连接件，所述被连接件包括上被连接板(1)和下被连接板(2)，二者均为L形板，其长边(1-1)和(2-1)上对应位置分别设置有相同大小的圆孔，形成通孔；所述螺栓连接件包括螺杆(3)和螺母(4)；上被连接板(1)通过螺栓连接件与下被连接件(2)连接，螺杆(3)从一侧穿过上被连接板(1)和下被连接板(2)的圆孔，螺母(4)从另一侧拧紧在螺杆上，从而形成可靠的连接，所述螺栓连接件设置有螺纹；

S2.根据所述螺栓连接结构的3D几何模型建立螺栓连接结构的有限元模型；

S3.根据所述螺栓连接结构的有限元模型进行接触有限元建模，并进行螺栓连接松动模拟计算。

所述的基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法，步骤S2中所述的根据螺栓连接结构的3D几何模型建立螺栓连接结构的有限元模型的具体方法包括：

S21：根据所述被连接件的3D几何模型建立被连接件的有限元模型；

S22：将螺杆(3)剖分为外螺纹和三阶梯圆柱，分别划分有限元网格，使剖分面具有相同的网格，而后压缩重合节点使其成为一体，从而建立螺杆(3)的有限元模型；

S23：将螺母(4)剖分为内螺纹和空心圆柱，分别划分有限元网格，使剖分面具有相同的网格，而后压缩重合节点使其成为一体，从而建立螺母(4)的有限元模型。

所述的基础激励下的舱段对接螺栓连接松动模拟方法，步骤S3中所述的根据所述螺栓连接结构的有限元模型进行接触有限元建模，并进行螺栓连接松动模拟计算的具体方法包括：

S31：选择螺杆(3)的内部表面作为预紧截面，其法向沿螺杆轴线方向，在预紧截面上施加螺栓预紧力；