[发明专利]一种有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法

权利要求书

1. 一种有限元优化螺栓预紧力的方法，该方法主要通过计算机内有限元软件建立的螺栓联接结构有限元分析模型，对螺栓结构的预紧力进行优化和动力学响应分析；其特征在于该方法主要包括以下步骤：

1）、通过所述有限元软件，输入所述螺栓结构中元件的参数和材料属性，综合所述螺栓结构的非线性因素关系，建立二维及二维对称的所述螺栓联接结构有限元分析模型；

2）、所述螺栓联接结构有限元分析模型中，通过分步施加预紧力至最大值，考察所述螺栓结构的螺纹内部应力随预紧力的变化规律，得到最大应力随预紧力变化曲线L；

3）、所述螺栓联接结构有限元分析模型中，通过分步施加外力至最大值，考察所述螺栓结构的螺纹内部应力随外力的变化规律，得到最大应力随外力变化曲线K；

4）、所述螺栓结构有限元分析模型在所述螺栓结构的螺纹内部预紧力下应力小幅增大的变化曲线L，逐步接近最大应力随外力变化曲线K时，所述螺栓结构的螺纹内部应力趋向重合；所述螺栓联接结构有限元分析模型通过逐步施加外力F和预紧力Pn的循环计算中自动求解出最佳合力点Kp，该点的应力对应了所述螺栓结构的最大有效预紧力和对应的最大工作外力的合力值；则表明所述螺栓结构的接触面处于接近分离的未分离状态，此时的预紧力为最佳值。

2. 一种有限元优化螺栓预紧力的螺栓结构设计方法，该方法主要通过计算机内有限元软件建立的螺栓联接结构有限元分析模型，对螺栓结构的预紧力进行优化、动力学响应分析和对螺栓结构的优化设计；其特征在于该方法主要包括以下步骤：

1）、通过所述有限元软件，输入所述螺栓结构中元件的参数和材料属性，综合所述螺栓结构的非线性因素关系，建立二维及二维对称的螺栓联接结构有限元分析模型；

2）、所述螺栓联接结构有限元分析模型中施加初始外力F₀，通过分步施加外力至实际最大工作外力值，考察所述螺栓结构的螺纹内部应力随外力的变化规律，得到最大应力随外力变化曲线K；

3）、通过所述螺栓联接结构有限元分析模型，变换所述螺栓结构中元件的几何参数、非几何参数和材料属性，综合所述螺栓结构的非线性因素关系，变换出达到最大工作外力要求的螺栓结构设计及对应有限元分析模型；

4）、所述螺栓联接结构有限元分析模型中，通过分步施加预紧力至最大值，考察所述螺栓结构的螺纹内部应力随预紧力的变化规律，得到最大应力随预紧力变化曲线L，并获得实际最大工作外力的最佳预紧力；

5）、所述螺栓结构的螺纹内部最大应力随外力小幅增大，逐步接近最大应力随外力变化曲线K时，所述螺栓结构的螺纹内部应力趋向重合，即所述螺栓联接结构有限元分析模型循环计算中自动求解出最佳合力点Kp，则表明所述螺栓结构的接触面处于接近分离的未分离状态，此时的预紧力为最佳值；

6）、根据上述步骤计算出的预紧力最佳值，反向计算出所述螺栓结构达到所需预紧力要求时，所述螺栓结构中元件与材料属性的最佳参数值和结构设计。

3. 根据权利要求1或2所述的有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，其特征在于所述螺栓结构的元件包括螺母（1）、螺栓（2）、被联接件（3）。

4. 根据权利要求1或2所述的有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，其特征在于所述螺栓结构中元件的参数和材料属性包括弹性模量、泊松比、屈服极限、强度极限、延伸率。

5. 根据权利要求1或2所述的有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，其特征在于所述螺栓联接结构的非线性因素包括接触、摩擦、预紧因素。

6. 根据权利要求1或2所述的有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，其特征在于所述螺栓联接结构有限元分析模型包括螺母与螺纹之间、螺母与被联接件之间非线性摩擦接触对的建立。

7. 根据权利要求1或2所述的有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，其特征在于所述螺栓联接结构有限元分析模型为可变参数轴对称的智能二维及二维对称模型。

8. 根据权利要求1或2所述的有限元优化螺栓预紧力及螺栓结构设计的方法，其特征在于所述螺栓联接结构有限元分析模型创建至少一条线弹性和非线性交叉的力学曲线。