一種螺栓強度簡化計算方法與流程

2023-12-09 00:55:41

本發明涉及連接螺栓強度計算的技術領域，尤其是指一種螺栓強度簡化計算方法。

背景技術：

目前傳統的連接螺栓強度計算有兩種思路：vdi2230公式計算和有限元建模計算。

以上兩種方法各有優劣：1、vdi2230是基於工程經驗積累得到的計算標準，需要有足夠的經驗對模型進行簡化，選取各參數，以確定每個螺栓在複雜結構中承受的外載。該方法雖然計算速度快，但由於工程人員的經驗不足，對進行模型簡化會使結果產生較大誤差；2、傳統的有限元計算，需要建立詳細的連接件與螺栓的有限元模型，該方法計算結果較精確，但建立螺栓模型以及計算過程需要耗費較長時間，效率不高。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供了一種全新的螺栓強度簡化計算方法，該方法不需要vdi2230中對模型簡化以及參數選取的過程，避免了工程人員經驗不足導致的誤差，也不需要建立複雜的螺栓有限元模型，節省了計算時間，從而提高效率。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種螺栓強度簡化計算方法，該方法是通過簡化的有限元模型，快速得到螺栓受力狀態，再根據vdi2230校核准則進行安全性判斷，其具體過程為：首先，建立通過螺栓連接的至少兩個夾緊件的有限元模型，並在夾緊件的螺栓位置建立替代節點，每個替代節點與對應的螺栓孔壁面節點分別用剛性單元進行連接，用於力和力矩的傳遞，並耦合同一螺栓在不同夾緊件上的替代節點的六個自由度ux、uy、uz、rotx、roty、rotz，同時要求兩個夾緊件之間的連接面建立標準接觸，然後按照工況條件加載載荷，計算完畢後提取所耦合兩個夾緊件的替代節點之間的作用力，即為螺栓在有限元模型和外載下所受載荷，由此能夠將複雜模型轉化為vdi2230中最簡單的同心加載，最後再根據vdi2230校核准則判斷螺栓的安全性即可。

本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：

1、本發明方法通過簡化的有限元模型計算，並提取耦合節點的相互作用力作為工作外載傳遞到螺栓位置的載荷，可將vdi2230中最困難最需要經驗的模型假設以及參數設定環節轉到了有限元中進行，該方法與利用vdi2230進行模型假設得到的結果相比更準確，方法更簡單，對技術人員的工程經驗要求相對不高。

2、本發明方法不需要建立圖3、圖4所示的詳細的螺栓模型，僅需通過節點耦合方式簡化螺栓連接，省掉了採用傳統有限元建模的繁瑣過程，並縮短了計算時間，從而有效提高效率。

附圖說明

圖1為假定連接件示意圖。

圖2為節點耦合模擬簡化螺栓連接示意圖。

圖3為傳統的有限元螺栓連接整體模型示意圖。

圖4為傳統的螺栓有限元建模示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

本實施例所提供的螺栓強度簡化計算方法，其核心思路為：將簡化的有限元模型計算結果與經典的vdi2230方法的結合使用，具體是結合vdi2230和傳統有限元計算的優點，對螺栓進行分析。由於vdi2230計算的難點在於對複雜模型簡化從而得到螺栓所受載荷，因此將這一過程在簡化後的有限元模型中進行。

假設螺栓的連接結構如圖1所示。

該方法僅需建立夾緊件1、夾緊件2的有限元模型，並在夾緊件1的螺栓1位置建立替代節點1-1、螺栓2位置建立替代節點2-1、螺栓3位置建立替代節點3-1、螺栓4位置建立替代節點4-1；在夾緊件2的螺栓1位置建立替代節點1-2、螺栓2位置建立替代節點2-2、螺栓3位置建立替代節點3-2、螺栓4位置建立替代節點4-2，每個替代節點與對應的螺栓孔壁面節點分別用剛性單元進行連接，用於力和力矩的傳遞，並耦合同一螺栓在不同夾緊件上的替代節點1-1與2-1、2-1與2-2、3-1與3-2、4-1與4-2的六個自由度ux、uy、uz、rotx、roty、rotz，同時要求夾緊件1和夾緊件2之間的連接面建立標準接觸，示意圖參見圖2所示。

按照工況條件加載載荷，計算完畢後提取所耦合的兩個夾緊件1、2的替代節點之間的作用力，即為螺栓在該連接結構和外載下所受載荷，由此可將複雜模型轉化為vdi2230中最簡單的同心加載，最後再根據vdi2230校核准則判斷螺栓的安全性即可。

綜上所述，相比現有技術，本發明方法通過簡化的有限元模型計算，並提取耦合節點的相互作用力作為工作外載傳遞到螺栓位置的載荷，可將vdi2230中最困難最需要經驗的模型假設以及參數設定環節轉到了有限元中進行，這與傳統的利用vdi2230進行模型假設得到的結果相比更準確，方法更簡單，對技術人員的工程經驗要求相對不高，從而避免了工程人員經驗不足導致的誤差。此外，本發明方法不需要建立圖3、圖4所示的詳細的螺栓模型，僅需通過節點耦合方式簡化螺栓連接，省掉了採用傳統有限元建模的繁瑣過程，並縮短了計算時間，從而有效提高效率，值得推廣。

以上所述之實施例只為本發明之較佳實施例，並非以此限制本發明的實施範圍，故凡依本發明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發明的保護範圍內。