[发明专利]一种螺栓连接结构松动有限元仿真方法

摘要

本发明公开了一种螺栓连接结构松动有限元仿真方法，具有如下步骤：建立模型；将模型导入ABAQUS中；定义所述模型中各零件的材料截面属性；设置三个显式动态分析步；在Interaction模块中设置模型中各零件间的接触关系；将模型中连接件之间的轴向接触力CFN3作为夹紧力输出；设置耦合约束；定义边界条件；施加载荷；提取模型中连接件之间夹紧力的变化。本发以接近实际工况的加载方式，施加载荷，以保证计算结果的准确性，可以简便的得到连接件间预紧力随时间的变化曲线，计算结果准确度较高。

主权项

1.一种考虑螺纹实际切向力状态的螺栓连接结构松动有限元仿真方法，所述螺栓连接结构包括螺母、螺栓、上连接板和下连接板，其特征在于具有如下步骤：S1、利用HYPERMESH参数化建模建立的带有螺纹升角的螺栓连接结构各零件的六面体网格有限元模型；S2、将所述模型导入ABAQUS中；S3、定义所述模型中各零件的材料截面属性，赋予各零件材料特性；S4、设置三个显式动态分析步：Step‑1、Step‑2和Step‑3，并分别设置分析时间；其中，Step‑1为转角法螺栓拧紧分析步，Step‑2为撤销约束后螺栓自松弛分析步，Step‑3为施加横向位移载荷分析步；S5、在Interaction模块中设置所述模型中各零件间的接触关系：使用罚函数接触算法，设置通用接触；设置所述模型中各零件间的滑移方式为有限滑动，并设置摩擦系数，所述摩擦系数的计算公式如下：其中，K为扭矩系数，d为螺纹公称直径，d₂为螺纹中径，p为螺距，d_km为端面平均直径；S6、将所述模型中连接件之间的轴向接触力CFN3作为夹紧力输出；S7、设置耦合约束：建立参考点RP1，与所述螺母外圆柱面节点定义运动耦合约束，选择U1、U2、U3、UR1、UR2、UR3六个自由度；建立参考点RP2，与所述上连接板一侧面上的节点建立运动耦合约束，选择U1、U2、U3、UR1、UR2、UR3六个自由度；S8、定义边界条件：在所述螺栓的头部外圆柱面节点设置完全固定约束，即六个自由度U1、U2、U3、UR1、UR2、UR3全部为0，在Step‑1保持不变，Step‑2、Step‑3Inactive状态；在所述下连接板的四个边所有节点设置Displacement/Rotation约束，在Step‑1中，设置自由度U1＝U2＝UR1＝UR2＝UR3＝0，U3不为0；在Step‑2、Step‑3中，自由度U1＝U2＝U3＝UR1＝UR2＝UR3＝0；在参考点RP1设置Displacement/Rotation约束，在Step‑1中，设置自由度U1＝U2＝UR1＝UR2＝0，U3、UR3不为0，Step‑2、Step‑3Inactive状态；在参考点RP2设置Displacement/Rotation约束，在Step‑1、Step‑2中，设置自由度U1＝U2＝UR1＝UR2＝UR3＝0，U3不为0；在Step‑3中，设置自由度U2＝UR1＝UR2＝UR3＝0，U1、U3不为0；S9、施加载荷：在Step‑1中，在参考点RP1自由度UR3上施加转角载荷，以转角法施加预紧力；在Step‑2中，保持所述下连接板固定，并不施加载荷；在Step‑3中，参考点RP2上施加正弦位移载荷；S10、提取所述模型中连接件之间夹紧力的变化。