[发明专利]一种用于复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法

摘要

本发明涉及一种复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法，包括以下步骤，步骤1：将螺栓预紧力力矩转换为螺栓轴向力；步骤2：简化预紧力螺栓加载形式；步骤3：螺栓轴向预紧力位移计算；步骤4：将预紧力螺栓在任意一处截断，建立两个截面及其截面中点的约束关系，中点1与截面1、中点2与截面2间分别采用MPC(多点约束)连接，中点与截面间约束其平动和转动，即Ux/Uy/Uz和Rx/Ry/Rz；再用MPC将中点1、中点2、加载点3连接。本方法作为一种用于复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法，是在传统的螺栓预紧力施加方法基础上进行改进得到的，实现了复杂连接结构的非线性分析的简化，有效的缩短计算周期，提高工作效率。

主权项

1.一种用于复杂连接结构非线性分析的螺栓预紧力施加方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：将螺栓预紧力力矩转换为螺栓轴向力；步骤2：简化预紧力螺栓加载形式；对螺栓和夹层受载方式进行工程等效简化，将螺栓和夹层简化为两根串联的不同截面面积的杆，确定螺栓预紧力位移的等效加载方式；步骤3：螺栓轴向预紧力位移计算螺栓的位移为：夹层的位移为：公式(1)、(2)中，P指螺栓轴向预紧力，L指夹层厚度，E1为螺栓材料的弹性模量、E2螺栓夹层材料的弹性模量，A1为螺栓光杆面积，A2为螺栓夹层的有效受力面积；根据上面的原理，对多组不同预紧力、螺栓及夹层刚度下螺栓轴向预紧力位移数据进行拟合，得到螺栓轴向预紧力位移公式为：δ＝AT·{B}+D                                      (3){B}＝{b0 b1 b2 b3 b4}T                              (4)D＝[9.8701 175.6836 105.6444 ‑0.6768 ‑12.6924]·{b0 b1 b2 b3 b4}T公式(5)中矩阵[P]、{C}为其中：b0＝P·L/(E1·π·r2)                                  (6)b1＝P·L/(E2·π·R2)                                  (7)b2＝P·L/[E2·(π·r2‑π·R2)]                          (8)b3＝P·L/[E1·(π·r2‑π·R2)]                          (9)c0＝L/r                                            (11)c1＝R/r                                          (12)c2＝(R‑r)/r                                      (13)c3＝L/R                                          (14)c4＝L/(R‑r)                                     (15)c5＝t/(R‑r)                                      (16)c6＝t/L                                           (17)公式(6)～(17)中，R为螺栓头半径，r为螺栓光杆半径；步骤4：将预紧力螺栓在任意一处截断，建立两个截面及其截面中点的约束关系，中点1与截面1、中点2与截面2间分别采用多点约束连接，中点与截面间约束其平动和转动，即Ux/Uy/Uz和Rx/Ry/Rz，Ux、Uy、Uz分别为坐标系中x、y、z方向的位移，Rx、Ry、Rz分别为坐标系中x、y、z方向的转动；再用MPC将中点1、中点2、加载点3连接，约束关系为：U1x‑U2x‑U3x＝0                                  (18)U1z‑U2z＝0                                      (19)U1y‑U2y＝0                                      (20)步骤5：将计算螺栓预紧力位移δ施加到加载点3上，同时施加外载进行非线性分析。