[发明专利]一种可消除载荷超程的螺栓法兰连接工艺优化设计方法

权利要求书

1.一种能够消除载荷超程的螺栓法兰连接工艺优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定螺栓法兰结构输入参数；

步骤2：求解法兰连接弹性顺度参数；

步骤3：建立每批次连接弹性交互作用力学模型，具体方法如下：

步骤3-1：第一批次拧紧过程中螺栓法兰结构变形协调方程为：

其中，C_i,j和在矩阵中的位置均由螺栓拧紧顺序确定；矩阵中下标j代表拧紧螺栓编号，n代表螺栓数目；如果每个螺栓目标预紧力为F_t¹，螺栓j被预紧到F_t¹后，其夹紧力增量为则，当j＝1时，ΔF₁¹＝F_t¹，而当j1时，

步骤3-2：第二批次拧紧过程中螺栓法兰结构变形协调方程为：

如果在第2批次拧紧过程中，每个螺栓目标预紧力为F_t²，螺栓j被预紧到F_t²后，其夹紧力增量为则，当j＝1时，而当j1时，

步骤3-3：螺栓j在m批次预紧后，螺栓i上的夹紧力为：

其中，为在螺栓第m批次拧紧过程中，预紧螺栓j到F_t^m前螺栓i上的夹紧力，单位N，m＝1,2；当j1时，k＝j-1且m'＝m；当j＝1时，k＝n而m'＝m-1；

步骤4：计算每批次连接逆序卸载载荷数值，具体方法如下：

步骤4-1：对法兰第一批次连接的每个螺栓同时施加中间目标载荷F_t¹，以螺栓装配顺序的逆向作为卸载顺序，逐一完全卸载每个螺栓预紧力，并利用步骤3中建立的螺栓法兰结构变形协调方程，反向计算未卸载螺栓夹紧力，其中首先卸载的螺栓需要施加的初始预紧力数值等于目标载荷F_t¹；

步骤4-2：对法兰每个螺栓同时施加中间目标载荷F_t¹，以此为基础，按照第二批次螺栓装配顺序，对每个螺栓施加最终目标载荷F_t²，利用步骤3中建立的螺栓法兰结构变形协调方程，计算连接过程中每个螺栓预紧力的变化值；

步骤4-3：对法兰每个螺栓同时施加中间目标载荷F_t¹，以此为基础，对法兰第二批次连接的每个螺栓同时施加最终目标载荷F_t²，以螺栓装配顺序的逆向作为卸载顺序，逐一卸载每个螺栓预紧力，卸载载荷数值来源于步骤4-2中对应连接载荷差值，并利用步骤3中建立的螺栓法兰结构变形协调方程，反向计算未卸载螺栓夹紧力，其中首先卸载的螺栓需要施加的初始预紧力数值等于目标载荷F_t¹；

步骤5：计算两批次连接最优中间目标预紧力；

步骤6：以步骤5获得的最优中间目标预紧力为第一批次目标预紧力，利用步骤3建立的每批次连接弹性交互作用力学模型，重复步骤4，逐一获得两批次拧紧策略下每批次螺栓法兰连接初始预紧力数值。

2.根据权利要求1所述的能够消除载荷超程的螺栓法兰连接工艺优化设计方法，其特征在于，步骤1的具体方法如下：

步骤1-1：确定法兰、螺栓、密封垫片的几何尺寸和材料属性参数；

步骤1-2：确定螺栓数目、拧紧顺序和最终目标预紧力。