[发明专利]地震中螺栓的失效评估方法、装置

说明书

本发明提供一种地震中螺栓的失效评估方法、装置，方法包括：进行纵向地震仿真，以获取螺栓处的最大轴向响应位移U；获取螺栓处满足最大轴向响应位移U下的等效外力；获取螺栓预紧力f0，对螺栓施加预紧力f0并进行螺栓预紧力分析；对螺栓施加等效外力，获取螺栓的残余预紧力f1；根据f1计算f1作用下螺栓与被连接件之间的静摩擦力f2；进行横向地震仿真，以获取被连接件相对螺栓径向的最大加速度a；计算被连接件在最大加速度a条件下的最大振动力F；根据f2和F进行螺栓的失效评估。该方法考虑了预紧力与地震的耦合作用，评估结果准确性高，且可以通过仿真手段对螺栓在地震过程中的变化进行研究，可以很好地指导产品改进设计。

技术领域

本发明涉及有限元仿真分析技术领域，具体涉及一种地震中螺栓的失效评估方法和一种地震中螺栓的失效评估装置。

背景技术

螺栓作为一种常用的紧固件运用于各类机械产品中。在地震中，螺栓的轴向屈服与径向松脱是螺栓的主要失效形式。对此，传统的螺栓失效评估方法主要依靠在振动试验台对样机进行试验。但是试验评估存在成本高，周期长等问题，而且仅仅能够获得一个判断结果，对过程以及规律的研究缺乏支撑，对产品改进设计的指导性较差。

计算机仿真分析在产品设计过程中正在发挥着重大作用，然而，目前常用的振动仿真分析(例如地震仿真分析)方法主要采用模态叠加法，属于线性分析，无法考虑接触状态等非线性问题。螺栓的振动分析又必须考虑在预紧力作用下与被连接件的接触作用。因此，如何在考虑预紧力作用下进行螺栓振动分析成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种地震中螺栓的失效评估方法，该方法考虑了预紧力与地震的耦合作用，将等效外力与螺栓预紧力进行线性叠加分析，可以评估出地震过程中螺栓的残余预紧力，从而对螺栓是否失效进行判断，评估结果准确性高，且可以通过仿真手段对螺栓的地震过程的变化进行研究，可以很好地指导产品改进设计。

本发明的第二个目的在于提出了一种地震中螺栓的失效评估装置。

本发明采用的技术方案如下：

为达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种地震中螺栓的失效评估方法，包括以下步骤：进行纵向地震仿真，以获取螺栓处的最大轴向响应位移U；进行静力学仿真，以获取所述螺栓处满足所述最大轴向响应位移U下的等效外力；获取螺栓预紧力f0，对所述螺栓施加所述预紧力f0并进行螺栓预紧力分析；对所述螺栓施加所述等效外力，进行所述静力学仿真分析以获取所述螺栓的残余预紧力f1；根据所述残余预紧力f1计算所述残余预紧力f1作用下所述螺栓与所述被连接件之间的静摩擦力f2；进行横向地震仿真，以获取所述被连接件相对螺栓径向的最大加速度a；计算所述被连接件在最大加速度a条件下的最大振动力F；根据所述静摩擦力f2和所述最大振动力F进行所述螺栓的失效评估。

根据本发明的一个实施例，根据以下公式(1)计算所述残余预紧力f1作用下所述螺栓与所述被连接件之间的静摩擦力f2：

f2＝f1×μ (1)；

其中，f1为所述残余预紧力，所述f2为所述残余预紧力f1作用下所述螺栓与所述被连接件之间的静摩擦力，μ为所述螺栓与所述被连接件之间接触区域的摩擦系数。

根据本发明的一个实施例，根据以下公式(2)计算所述被连接件在最大加速度a条件下的最大振动力F：

其中，a为所述被连接件相对螺栓径向的最大加速度，F为所述被连接件在最大加速度a条件下的最大振动力，M为所述被连接件总质量，n为与所述被连接件连接的螺栓个数。