[发明专利]一种脆性夹层结构螺栓预紧力的优化方法

说明书

本发明公开了一种脆性夹层结构螺栓预紧力的优化方法，属于力学仿真优化技术领域。该方法实现的步骤包括：步骤一：在有限元软件中构建脆性夹层结构的三维装配模型并定义其装配参数；步骤二：在模型中按照破损临界点施加预紧力获取紧固面应力分布状态；步骤三：根据应力分布分别对角位置、边位置螺钉的预紧力大小和装载顺序进行优化；步骤四：分别判断预计力优化和加载顺序优化后的应力分布是否均匀，是则进入下一步，否则返回步骤三重新优化；步骤五：输出最优的预紧力装载数值与装载顺序。本发明在脆性夹层结构连接过程中进行连接件的仿真模型构建，通过实验构建紧固力矩与预紧力映射关系，最终达到对脆性夹层结构螺钉预紧力优化的效果。

技术领域

本发明属于力学仿真优化技术领域，具体涉及一种脆性夹层结构螺栓预紧力的优化方法。

背景技术

近年来，随着工艺技术与仿真测试技术的提升，关于脆性夹层材料作为结构构件的研究逐渐广泛。脆性夹层材料能够提高结构承载力、刚度、冗余度等，使其拥有较好的发展潜力。

在应用脆性夹层材料的具体工程实例中，使用螺纹紧固件连接脆性夹层时，脆性夹层承载预紧力的大小往往影响着脆性夹层材料的使用性能。

一般夹层类材料延展性良好，对预紧力大小不敏感，但脆性夹层材料硬度和脆性很大，在螺钉拧紧过程中，预紧力过大会致使脆性夹层破裂，预紧力过小会影响夹层结构的气密性。因此，优化预紧力的装载数值对脆性夹层结构发挥正常作用尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种脆性夹层结构螺栓预紧力的优化方法，该方法在脆性夹层结构连接过程中进行连接件的仿真模型构建，进行螺纹紧固面应力分布分析，并通过实验构建紧固力矩与预紧力映射关系，最终达到脆性夹层结构螺钉预紧力优化效果。

一种脆性夹层结构螺栓预紧力的优化方法，该方法实现的步骤如下：

步骤一：在有限元软件中构建脆性夹层结构的三维装配模型并定义其装配参数；

步骤二：在模型中按照破损临界点施加预紧力获取紧固面应力分布状态；

步骤三：根据应力分布分别对角位置、边位置螺钉的预紧力大小和装载顺序进行优化；

步骤四：分别判断预计力优化和加载顺序优化后的应力分布是否均匀，如果是进入下一步，如果否，则返回步骤三重新优化；

步骤五：输出最优的预紧力装载数值与装载顺序。

进一步地，所述步骤一中所述三维模型构建包括分析步长设置、接触面与接触属性设置、约束条件构建以及网格划分。

进一步地，所述步骤二中获取紧固面应力分布状态的过程如下：在三维装配模型中构建边界条件同时对预紧力进行线性增长的加载，得到脆性夹层材料的应力应变状态图与脆性夹层结构件的应力应变状态图；在三维装配模型中根据脆性夹层材料的应力应变状态图与其材料属性作对比，得到脆性夹层结构所能承受的最大预紧力，并分析其应力分布状态。

进一步地，所述步骤三中对角位置、边位置螺钉的预紧力进行优化的过程包括：在三维装配模型中根据脆性夹层结构件的应力应变状态图应力集中位置，适当减小临近螺钉预紧力加载数值而增大其他位置预紧力加载数值，得出角位置螺钉预紧力与边位置螺钉预紧力的最优数值关系。

进一步地，所述步骤三中对角位置、边位置螺钉的装载顺序进行优化的过程包括：根据脆性夹层结构件的应力应变状态图与脆性夹层材料的应力应变状态图，通过分别顺序加载对角、邻角、对边、邻边的螺钉预紧力并观测应力曲线变化，得出螺钉预紧力的最优加载顺序。

有益效果：