[发明专利]一种螺栓连接结合面压力分布的数学表征方法

权利要求书

1.一种螺栓连接结合面压力分布的数学表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据螺栓连接结构几何特征建立参数化螺栓连接结构三维几何模型，所述螺栓连接结构为单螺栓连接结构，包含被连接件和螺栓连接件，被连接件包括上板和下板；

(2)分别设置螺栓连接结构三维几何模型的材料属性和单元类型，参数化离散分网构建螺栓连接结构有限元模型；

(3)对螺栓连接结构有限元模型施加预紧力进行静力学分析，获得被连接件内部压力分布云图和结合面接触压力分布云图；

(4)根据被连接件内部压力分布和结合面接触压力分布特征，利用多项式分段函数构造螺栓连接结合面上沿螺孔径向方向压力分布的数学表达式，如下式所示

其中：a、b、c、A₀～A₄表示多项式的系数，r表示螺栓孔的半径，x表示径向距离，θ表示结合面压力达到最大值时的径向距离；

螺栓预紧力等于上述数学表达式在结合面上沿螺孔圆周方向上的积分，因此力平衡条件表示为

P＝∫∫σdA

其中：P表示预紧力，A表示结合接触面积，σ表示结合面上的应力；

螺栓连接结合面压力分布数学表征中的系数通过曲线特征和力平衡条件确定，如下所示：

其中：R表示结合面的最大接触半径。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓连接结合面压力分布的数学表征方法，其特征在于，所述步骤(1)中的螺栓连接结构三维几何模型忽略掉螺纹连接部分，螺柱简化为光杆，螺头和螺母简化为圆柱结构。

3.根据权利要求1所述的一种螺栓连接结合面压力分布的数学表征方法，其特征在于，所述步骤(2)中螺栓连接结构有限元模型在ANSYS中建立，包含了三处接触单元设置和一处预紧单元设置，三处接触单元设置分别为螺头与上板结合面单元、上板与下板结合面单元、下板与螺母结合面单元，一处预紧单元为螺柱中间平面单元。

4.根据权利要求1所述的一种螺栓连接结合面压力分布的数学表征方法，其特征在于，所述步骤(3)中被连接件内部压力分布云图呈现出以结合面为对称平面的空间圆锥体对称分布，结合面接触压力分布云图为接触压力沿螺孔圆周方向均匀分布，接触压力沿螺孔径向方向先增大到最大值然后逐渐减小为零。