申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2020-03-30

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN112199868B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2021.01.26#实质审查的生效;2021.01.08#公开

摘要：本发明公开了一种面向结合面密封性能要求的多螺栓拧紧策略优化方法，基于结合面接触刚度理论和单螺栓应力分布模型，结合螺栓弹性交互作用，提出了一种面向结合面密封性能要求的多螺栓拧紧策略优化方法。根据单螺栓应力分布模型将螺栓法兰密封接触面划分为螺栓应力作用区域和弹性交互作用区域，分别构建螺栓应力作用区域接触刚度与螺栓残余预紧力之间的关系模型、弹性交互作用区域与相应螺栓残余预紧力之和的关系模型，并建立螺栓法兰结合面整体接触刚度模型。利用此关联模型求解各螺栓预紧力，从而实现由密封性能到螺栓装配策略的优化设计。

主权项：1.一种面向结合面密封性能要求的多螺栓拧紧策略优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤；步骤一、根据单螺栓连接结构中压应力分布模型将螺栓法兰密封面处划分为螺栓压应力作用区域和弹性交互作用区域；步骤二、分析各螺栓预紧力与螺栓压应力作用区域接触刚度的关联机理，基于分析数据构建此关联机理的数学模型式中F为各螺栓预紧力，为螺栓组预紧后各螺栓处接合面的刚度，A为弹性相互作用矩阵；步骤三、分析螺栓弹性交互作用区域刚度与螺栓预紧力的关联机理，基于分析数据构建此关联的数学模型式中Fi,i+1为弹性交互作用区域相邻两个螺栓预紧力之和，B为弹性相互作用区域关联矩阵，为螺栓弹性交互作用区域刚度；步骤四、结合面接触区域总刚度利用此关联模型求解各螺栓预紧力，从而实现由密封性能到螺栓装配策略的优化设计；将被连接件受压区域简化为空心圆锥体模型计算建模；假设被连接件受压区域为圆锥体与圆柱体相结合的形状，厚度均为L2的两个连接件，当被连接件的外部直径dm≥dw+Ltanθ时，受压区域为空心圆锥体，当被连接件的外部直径dw≤dm＜dw+Ltanθ时，受压区域为空心圆柱体与圆锥体的结合；被连接件的压力分布区域为圆环面，且在不同受压层圆环面的面积不同，圆环面的外径为：Dout＝Dw+2×hitanθ1圆环面的内径为：Din＝Dh2式中，Dw为螺栓头直径，Dh为螺栓孔直径，hi为被连接件厚度，θ为压应力锥体分布的半顶角；根据上述公式将板式平焊钢制管法兰密封面出划分为螺栓压应力作用区域和弹性交互作用区域；螺栓预紧力的变化是由于螺栓法兰连接件中单元的变形引起的；螺栓法兰连接件是一种复杂的结构，其中包含螺栓、密封垫片、法兰；螺栓弹性交互作用，螺栓-1在螺栓-2拧紧后的残余预紧力： 式中，F1为螺栓-1初始预紧力，ΔF1,2为由螺栓-2的预警而造成螺栓-1上预紧力的变化，F2为螺栓-2初始预紧力，Kb1为螺栓-1的刚度，K1,1为节点-1的压缩刚度，Kg1为节点-1‘的压缩刚度，为螺栓-1与螺栓-2之间的弹性交互作用刚度；采用顺时针拧紧其上八个螺栓，预紧m次时螺栓拉力增量由以下方程组得到： 式中，Fn,n为各螺栓残余预紧力，为各螺栓初始预紧力公式5简写为； 由单位面积上法向接触刚度的退化经验公式； 即式中：kn为法向接触刚度，pn为接合面的法向压力，α、β为接合面常数，ki、pi为结合面上第i节点的刚度与压力，Δs为节点网格面积，取决于网格大小；因此接合面接触刚度表示为； 式中：S为螺栓连接接合面有效承压面积，m为网格总数；根据以上公式，首先建立螺栓压应力作用区域刚度与螺栓预紧力之间的关联模型： 式中：F为螺栓预紧力，为螺栓预紧后各螺栓压应力作用区域接合面的刚度，A为关系系数；将公式6代入公式10中得

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百度查询： 北京工业大学 一种面向结合面密封性能要求的多螺栓拧紧策略优化方法

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