[发明专利]一种无源松动预警螺栓的结构优化方法及装置

说明书

本申请公开了一种无源松动预警螺栓的结构优化方法及装置，应用于对无源松动预警螺栓进行结构参数设计，其无源松动预警螺栓通过对螺栓本身结构进行了改进，相对于有源松动预警螺栓结构简单且不易损坏，结构稳定性较好，同时，无需电源即可实现松动预警，适用于多个应用场景，不再局限使用。通过借助有限元方法对无源松动预警螺栓进行仿真实验，考虑了无源松动预警螺栓自身所需结构的约束条件，并根据von Mises应力和剪切应力选取满足强度要求的无源松动预警螺栓的结构参数，从而对无源松动预警螺栓的结构设计进行优化，进一步提高了无源松动预警螺栓的结构稳定性。

技术领域

本申请涉及有限元设计技术领域，尤其涉及一种无源松动预警螺栓的结构优化方法及装置。

背景技术

为确保工程质量符合要求以及输电线路运行可靠，需要对输电铁塔上的螺栓进行拧紧力矩检验。目前主要的检验手段依靠人工登杆检验，利用力矩扳手判断螺栓的拧紧力矩是否达到紧固标准的要求。

由于输电线路上的螺栓数量众多，在工程验收和巡检的时候往往利用力矩扳手对螺栓随机抽样检查，不能及时、全面反应每个螺栓的松动情况，在巡检过程中及时发现螺栓松动或者脱落比较困难。这为输电线路的安全运行造成一定程度的潜在风险，耗费大量的人力，也增加了验收、巡检人员的作业风险。

目前也出现了一种螺栓松动预警装置，该装置具有告警信息发射功能，在接通电路发出灯光信号和声音信号的同时，装置中的信号发射模块也被触发，发射告警信息至远程控制端和移动终端，从而实现松动状态的在线预警。

但是，上述的螺栓松动预警装置为有源装置，多安装于建筑施工场所，不适用于广阔无人、螺栓数量众多、需要对螺栓松紧状态进行定期巡检的输电线路，从而使局限性较高。

此外，该有源松动预警螺栓的结构相对复杂、容易损坏，从而导致结构稳定性较差。

发明内容

本申请提供了一种无源松动预警螺栓的结构优化方法及装置，用于解决现有的螺栓松动预警装置局限性较高和结构稳定性较差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种无源松动预警螺栓的结构优化方法，应用于对无源松动预警螺栓进行结构参数设计，所述无源松动预警螺栓包括螺栓本体、套筒、螺母和行程弹簧；所述螺栓本体由上至下依次固定连接有螺栓头、方形螺柱和圆形螺柱；

所述套筒套设于所述螺栓本体上，所述套筒的内部上部分为圆形孔，所述套筒的内部下部分为方形孔，所述圆形孔的孔径与所述螺栓头的半径相等，所述圆形孔的孔深大于所述螺栓头的高度，所述方形孔的边长与所述方形螺柱的边长相等，所述行程弹簧套设于所述方形螺柱的外壁，所述行程弹簧与所述圆形孔的结构相适配，从而使得所述螺栓头和所述方形螺柱卡接于所述套筒的内部；所述螺栓头与所述圆形孔衔接的侧壁设有颜色涂层；

所述圆形螺柱的下部外壁沿圆周方向设有螺纹，所述螺母与所述螺纹配合螺纹连接，待固定连接件套设于所述螺母与所述套筒之间；

当所述无源松动预警螺栓处于松动状态时，所述螺栓头的上表面高于所述套筒的上表面，从而使所述套筒未完全覆盖所述颜色涂层；

当向所述螺母施加预设的预紧力，使得所述螺母与所述螺纹配合螺纹连接并处于正常拧紧状态时，通过所述行程弹簧压缩形变驱使所述螺栓头的上表面与所述套筒的上表面位置平齐且所述套筒完全覆盖所述颜色涂层，其中，所述正常拧紧状态为所述套筒与所述螺母配合使所述待固定连接件处于最大紧固限度，同时，满足以下力学平衡关系式，上式中，F为预设的预紧力，k为行程弹簧的弹性系数，Δl为行程弹簧的形变长度，h₁为螺栓头的高度，h₂为圆形孔的孔深，l为行程弹簧的初始长度；

则对所述无源松动预警螺栓进行结构参数设计的方法，包括以下步骤：

S1、基于有限元软件建立处于所述正常拧紧状态下的所述无源松动预警螺栓的有限元几何模型；