[发明专利]一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法

权利要求书

1.一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，所述应力释放螺栓用于通过螺栓孔连接第一被连接件和第二连接件，其特征在于包括如下步骤：

(1)、将第一被连接件和第二被连接件划分为有限元网格；

(2)、根据实际材料参数为第一被连接件及第二被连接件有限元网格单元赋予材料属性，所述材料属性至少包括弹性模量和泊松比；

(3)、将应力释放螺栓划分为有限元网格，所述应力释放螺栓的有限元网格选择一维梁单元；

(4)、根据应力释放螺栓的实际模型尺寸为一维梁单元设置截面特征属性，同时根据应力释放螺栓的实际材料参数为一维梁单元赋予材料属性，所述材料属性至少包括弹性模量和泊松比；

(5)、在应力释放螺栓一维梁单元各个节点重合的位置分别生成新的节点，并对新的节点进行自由度约束；

(6)、在应力释放螺栓一维梁单元的节点与生成的新节点之间布置弹簧单元模拟螺栓与被连接件之间的接触特性，并根据实际应力释放缝隙大小设置弹簧单元的力-位移曲线，建立应力释放螺栓所受应力模型；

(7)、利用有限元分析工具根据实际工况条件，对应力释放螺栓所受应力模型进行仿真，计算得到应力释放螺栓所受应力。

2.根据权利要求1所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(1)第一被连接件和第二被连接件的有限元网格简化为不包含螺栓孔的有限元网格。

3.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(1)有限元网格单元选择四面体单元、六面体单元或六面体单元退化形式。

4.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述有限元网格单元的特征长度L₀不超过第一被连接件和第二连接件上螺栓孔直径的两倍。

5.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(3)以第一被连接件与第二连接件的接触面为分界线，位于分界线两侧的一维梁单元特征长度均不能超过所在连接件的厚度的1/3。

6.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(5)采用固连的方式约束新生成的节点与相接触的第一连接件和第二连接件之间的自由度，同时，采用固连的方式约束应力释放螺栓梁单元节点与新生成的节点之间轴向自由度。

7.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(6)中力-位移曲线为分段函数曲线：

X₁取应力释放螺栓与第一连接件和第二连接件之间实际缝隙的最小值；F₁＝螺栓预紧力×金属静摩擦系数/应力释放螺栓的有限元节点数，X₂和F₂的选取满足比高两个量级以上。

8.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(7)中有限元分析工具为Ansys、ABAQUS或Nastran。

9.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述步骤(5)采用绑定接触约束或直接编写自由度耦合方程的方法进行自由度约束。

10.根据权利要求1或2所述的一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，其特征在于所述实际工况条件包括应力释放螺栓所受到外力或温度环境。