[发明专利]一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法

权利要求书

1.一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：建立发动机转子有限元模型，该模型中包含一薄层单元面，该薄层单元面分别设置在法兰盘和转子接触面之间，以螺栓为轴心的螺杆周围划分为上下两侧的圆台体单元和中间的圆柱体单元；提取结构有限元模型的信息输入文件；

步骤S2：读取信息输入文件，利用Python读取图像信息的方法，对螺栓孔进行编号；

步骤S3：利用Python调用Abaqus载荷以及分析步模块的功能，根据S1中获取的螺栓孔编号，按照螺栓编号依次对螺栓施加预紧力，将python文件导入Abaqus中进行批量分析；

步骤S4：输出S3中Abaqus力学分析得到的以螺栓为轴心的螺杆周围各单元的应力变化值与连接刚度变化值。

2.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，所述步骤S1中：发动机转子模型包括法兰，转子与螺栓螺母，其中螺栓螺母为简化螺纹后的螺栓螺母。

3.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，步骤S1中，圆台体单元上表面为螺栓头部与法兰接触面，侧边与螺杆所成夹角θ计算公式：

K为两个转子的厚度比K≤1；C为螺栓孔与螺栓公称直径的差；H为螺栓连接件的总厚度；D螺母支撑面的直径；圆柱体单元高度为两圆台体单元下表面之间的距离。

4.根据权利要求3所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，圆台、圆柱体单元范围内螺栓的法向载荷占螺栓预紧力的98.7％-99.2％，圆台高度为转子厚度的1/2。

5.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组建模以及仿真方法，其特征在于，所述步骤S1中，薄层单元位直径与划分的圆柱体单元端面的直径相同，圆柱体直径等于圆台体下底面的直径，圆台高度为1/2法兰厚度，所述薄层单元厚度为其直径的1/30-1/100。

6.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，预测函数Compose中引入接触刚度与应力变化值，综合分析法兰转子接触面对拧紧顺序的影响，公式如下：

Compose＝Change_j+100(κ_upj+k_downj+κ_mediumj+κ_linkj)，j＝1，2，3…n

其中，Change_j代表所有螺栓拧紧后第j个螺栓周围圆台圆柱体单元的应力变化量，κ_upj代表所有的螺栓拧紧后第j个螺栓靠近螺栓头圆台范围内法兰螺栓的刚度值；κ_downj代表所有的螺栓拧紧后第j个螺栓靠近螺母圆台范围内法兰螺栓的刚度值；κ_mediumj代表所有的螺栓拧紧后第j个螺栓圆柱体范围内法兰螺栓的刚度值；κ_linkj代表法兰与转子结合面之间或转子与转子的总接触刚度；本公式中所有量均为无量纲量。

7.根据权利要求6所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，

其中，i代表螺栓圆柱、圆台体范围内网格的序号，j代表螺栓拧紧顺序的序号，n代表需要拧紧的螺栓的总数，σ_in代表第n个螺栓拧紧后第i个网格的应力值，σ_ij代表第j个螺栓拧紧后第i个网格的应力值，m_j代表第j个拧紧螺栓圆台、圆柱体内包含的网格的总数，注：本公式计算过程中应力单位为MPa。

8.根据权利要求6所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，

k_linkqj代表第j个螺栓拧紧后，第q个接触面的接触刚度，Q代表螺栓连接件(不包括螺栓)之间总的接触面数。

9.根据权利要求4所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法，其特征在于，对于任一相邻螺栓，螺栓几何中心之间的距离小于50cm。