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专利摘要

本发明公开了一种基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，包括S1、确定待分析复合材料螺栓连接结构的参数；S2、构建复合材料螺栓连接结构的应力分析有限元模型，得到复合材料螺栓连接结构的有限元分析结果；S3、调整嵌件几何参数，构建复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计模型，并计算得到不同预压缩量设计工况下的复合材料螺栓连接结构的多个相关参数；S4、对比步骤S3中在不同预压缩量和不同拉伸载荷工况下的多个相关参数，确定复合材料螺栓连接结构的最优预压缩量。本发明适用于复合材料螺栓连接预压缩量的设计，可为工程中复合材料螺栓连接结构的设计和分析节省大量的时间和经济成本，提高螺栓连接结构的稳定性和合理性。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210565992.7
申请日期:
2022-05-23
专利申请人:
西南交通大学 ; 中车青岛四方机车车辆股份有限公司
分类号:
G06F30/23 ; G06F30/17 ; G06F113/26 ; G06F119/04 ; G06F119/14
发明/设计人:
朱旻昊，刘建华，丁叁叁，王石，杨力科，彭金方
权利要求: 1.一种基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定待分析复合材料螺栓连接结构的参数；S2、构建复合材料螺栓连接结构的应力分析有限元模型，并进行有限元模拟计算，得到复合材料螺栓连接结构的有限元分析结果；S3、基于应力分析有限元模型，调整嵌件几何参数，构建复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计模型，并计算得到不同预压缩量设计工况下的复合材料螺栓连接结构的多个相关参数；S4、对比步骤S3中在不同预压缩量和不同拉伸载荷工况下的多个相关参数，确定复合材料螺栓连接结构的最优预压缩量。2.根据权利要求1所述的基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，所述步骤S1中待分析复合材料螺栓连接结构参数，具体包括：复合材料的材料属性、螺栓螺母、连接金属板、连接嵌件的材料属性和几何参数；几何参数包括复合材料层合板宽径比、端径比、厚度、连接金属板的厚度、嵌件的预压缩量的长度、金属板上的直孔直径和螺栓螺母的直径。3.根据权利要求1所述的基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S2.1、基于待分析复合材料螺栓连接结构参数，构建复合材料螺栓连接结构的应力分析有限元模型，得到复合材料螺栓连接结构中螺栓内部轴向力Fb的变化曲线和轴向力受力横截面积As；S2.2、根据螺栓内部轴向力Fb的变化曲线和轴向力受力横截面积As，计算螺栓的载荷波动φW、被联接件上拉伸载荷波动W、螺栓的平均应力σm和螺栓的应力幅σα；S2.3、记录、对比无预压缩量设计下的螺栓应力幅σα和螺栓疲劳极限σw，当螺栓平均应力为σm时，若螺栓应力幅σα超过螺栓疲劳极限σw时，则螺栓将疲劳断裂在螺栓与螺母连接处。4.根据权利要求3所述的基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，计算螺栓平均应力σm和螺栓应力幅σα：其中，F0为螺栓轴向预紧力。5.根据权利要求1所述的基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，步骤S3具体包括：S3.1、基于应力分析有限元模型，调整嵌件的几何参数，构建与待分析结构参数相同的复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计模型；S3.2、基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计模型，调整嵌件的几何参数，以实现对不同预压缩量结构设计的目的；S3.3、基于复合材料螺栓连接预压缩量设计模型，分析不同预压缩量设计工况下的复合材料螺栓连接结构，并计算得到螺栓内部轴向力Fb和轴向力受力横截面积As。6.根据权利要求5所述的基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，步骤S3.1中待分析结构参数包括：复合材料的材料属性、螺栓螺母、连接金属板、连接嵌件的材料属性以及几何参数，几何参数包括复合材料层合板宽径比、端径比、厚度、连接金属板的厚度、嵌件的预压缩量的长度、金属板上的直孔直径以及螺栓螺母的直径。7.根据权利要求1所述的基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：S4.1、将步骤S3.3得到的不同预压缩量下的螺栓内部轴向力Fb和加载时间t结果作为数据点绘制在以螺栓内部轴向力Fb为纵轴、以加载时间t为横轴的坐标图中，得到不同预压缩量下的螺栓轴向力随外部拉伸载荷加载的时间-轴向力曲线；S4.2、记录并对比不同预压缩量设计下的螺栓应力幅σα和螺栓疲劳极限σw，当螺栓平均应力为σm时，若螺栓应力幅σα超过螺栓疲劳极限σw，螺栓将疲劳断裂在螺栓与螺母连接处，以得到该外部载荷下的最优预压缩量；S4.3、基于最优预压缩量，控制载荷变量，基于复合材料螺栓连接结构的预压缩量设计模型，对比不同预压缩量工况下的螺栓应力幅σα的大小，以验证最优预压缩量设计的可行性。