[发明专利]一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法

说明书

本发明涉及一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法：将第一被连接件和第二被连接件划分为有限元网格；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；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)、为一维梁单元设置截面特征属性和材料属性；(5)、在应力释放螺栓各个节点重合的位置分别生成新的节点，对新的节点进行自由度约束；(6)、在应力释放螺栓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。

技术领域

本发明涉及一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，属于有限元建模领域。

背景技术

对于温度或温度梯度较高的结构，由于结构温度产生的结构变形较大，不同零件之间的连接部分存在热匹配问题，应力释放螺栓将承受很大的载荷，在某些情况下很难通过增加螺栓尺寸或数量的方式解决。对该问题的解决方法之一是更改螺栓连接的形式，增加螺栓与被连接件之间的缝隙，螺栓连接的两个零件在受到大变形的情况下可产生游动，实现热变形释放以缓解热应力的效果。

在进行螺栓连接结构的有限元数值分析时，通常有两种建模方法：一种是建立螺栓连接的详细模型；二是建立螺栓连接的简化梁模型。前者建模过程复杂，所需计算量大，一般只适合分析局部细节，难以对大型工程结构整体进行分析。后者模型简单，计算效率高，用于大型结构中常规螺栓结构校核时能够满足工程精度要求。

对大型结构进行整体有限元数值分析时，现有常规螺栓连接多采用简化梁模型，忽略螺栓头、螺母和垫圈等结构，只采用梁单元模拟螺柱，螺柱两端分别与待连接的零件直接刚性固连。该模型由于采用了固连的简化模拟，无法模拟应力释放螺栓的初始连接缝隙，因此应力分析结果通常偏差很大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种应力释放螺栓所受应力的有限元计算方法，有效反映应力释放螺栓的连接缝隙特征，得到可靠的数值分析结果。

本发明解决技术的方案是：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，该方法包括如下步骤：

(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，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；

(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。

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。

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。