(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111365132.0 (22)申请日 2021.11.17 (71)申请人 陕西科技大 学 地址 710021 陕西省西安市未央区大 学园 (72)发明人 惠烨　刘奔　李艳　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 张宇鸽 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种螺栓结合部等效弹簧代换模型及方法 (57)摘要 本发明提供一种螺栓结合部等效弹簧代换 模型及方法， 可以在分析建模时同时考虑螺栓结 合面及螺栓自身的刚度， 并且模拟出结合部的法 向和切向特性之间的相互作用关系， 同时表示结 合部的切向和法向刚度， 从而提高模 型分析的精 确度。 一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 包括5 个用于描述螺栓结合部单元特性的等效结合点， 每个等效结合点通过一个无质量的等效复合弹 簧进行等效置换； 其中， 第一等效复合弹簧用于 等效螺栓本体特性， 其余四个等效复合弹簧用于 等效螺栓 结合面特性， 每个等效复合弹簧具有三 个自由度。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 113901697 A 2022.01.07 CN 113901697 A 1.一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 其特征在于， 包括5个用于描述螺栓结合部单元 特性的等效结合 点， 每个等效结合 点通过一个无质量的等效 复合弹簧进行等效置换； 其中， 第一等效复合弹簧用于等效螺栓本体特性， 其余四个等效复合弹簧用于等效螺 栓结合面特性， 每 个等效复合弹簧具有三个自由度。 2.根据权利要求1所述的一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 其特征在于， 所述第 一等 效复合弹簧设置在螺栓结合部的中心位置或者设置在螺栓的中心位置， 其余四个等效复合 弹簧均匀分布设置在螺 栓四周。 3.根据权利要求2所述的一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 其特征在于， 其余四个等 效复合弹簧以第一 等效复合弹簧 为中心点轴线对称分布。 4.根据权利要求1所述的一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 其特征在于， 所述每个等 效复合弹簧包括第一自由度正方向的第一切向弹簧， 第二自由度正方向的法向弹簧， 和第 三自由度正方向的第二切向弹簧。 5.根据权利要求1所述的一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 其特征在于， 所述第 一等 效复合弹簧的刚度等于螺栓本体的刚度， 其余四个等效复合 弹簧的刚度分别等于对应所在 结合面位置处螺 栓结合面的刚度。 6.一种螺栓结合部等效弹簧代换方法， 其特征在于， 基于权利要求1 ‑5任一项所述的螺 栓结合部等效弹簧代换模型， 包括如下步骤， 将一个螺栓结合部单元离散为5个用于描述螺 栓结合部特性的等效结合点， 每个等效结合点用一个无质量的等效复合弹簧进行等效置 换； 施加外载荷， 根据载荷和各个等效结合点的变形量计算得到多个等效复合弹簧各个方 向的刚度； 建立螺栓连接结构的有限元模型， 并输入螺栓结合部等效弹簧代换模型中计算得到的 等效复合弹簧的刚度值， 进行含有螺 栓结合部特性的螺 栓连接结构有限元分析。 7.根据权利要求6所述的一种螺栓结合部等效弹簧代换方法， 其特征在于， 建立以螺栓 结合部中心为 坐标原点的坐标系ΣO， 其中第一 等效复合弹簧的坐标位置为(0,0,0)。 8.根据权利要求6所述的一种螺栓结合部等效弹簧代换方法， 其特征在于， 采用Ansys 软件建立螺 栓连接结构有限元模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113901697 A 2一种螺栓结 合部等效弹簧代换 模型及方 法 技术领域 [0001]本发明涉及结合部有限元解析领域， 具体为一种螺栓结合部等效弹簧代换模型及 方法。 背景技术 [0002]螺栓连接是机械各部件连接的主要装配连接形式之一， 各种机械的零件间通过大 量的螺栓连接结构 固定。 整机的刚度是 由机械基本构件的刚度和结合部刚度共同影响的， 组成结合部零件的结构特性及接触表 面层(即结合面)特性对 结合部刚度都有很大的影响。 结合面是 由不规则的微凸体组成， 承载后微凸体发生变形,接触表面层的刚度表现出非线 性。 在整机有限元分析中， 因螺栓结合部外载荷和结合面变形之间的非线性关系， 包含结合 部的模型建模比较困难。 有文献分析研究中对含有结合部的结构建模时不考虑结合面性 质， 分析的结果与实际结合表 面的情况偏差较大。 因此， 在设计阶段建立含有 结合面的分析 模型对整机性能进行虚拟 样机预测分析， 对提高整机分析精度具有重要的应用价 值。 [0003]结合部的弹簧‑阻尼模型可以直观的表征结合部静力学特性， 建模时在结合面间 加弹簧来考虑螺栓结合部影响， 现有技术中包括利用具有不同刚度的多个非线性 弹簧及弹 簧单元分别表示在螺栓承受拉伸和压缩时的结合部特性建立分析模型， 无法模拟结合部的 法向和切向特性之间的相互作用关系。 ， 而且建立含有弹簧的结合部模型仅考虑用弹簧表 征结合面特性， 忽略了 螺栓自身的刚度。 分析准确度较低。 发明内容 [0004]为了解决现有技术中存在的问题， 本发明提供一种螺栓结合部等效弹簧代换模型 及方法， 可以在分析建模时同时考虑螺栓结合面及螺栓 自身的刚度， 并且模拟出结合部的 法向和切向特性之间的相互作用关系， 同时表示结合部的切向和法向刚度， 从而提高模型 分析的精确度。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供如下技 术方案： [0006]一种螺栓结合部等效弹簧代换模型， 包括5个用于描述螺栓结合部单元特性的等 效结合点， 每个等效结合 点通过一个无质量的等效 复合弹簧进行等效置换； [0007]其中， 第一等效复合弹簧用于等效螺栓本体特性， 其余四个等效复合弹簧用于等 效螺栓结合面特性， 每 个等效复合弹簧具有三个自由度。 [0008]优选地， 所述第一等效复合弹簧设置在螺栓结合部的中心位置或者设置在螺栓的 中心位置， 其 余四个等效 复合弹簧均匀分布设置在螺 栓四周。 [0009]优选地， 其 余四个等效 复合弹簧以第一 等效复合弹簧 为中心点轴线对称分布。 [0010]优选地， 所述每个等效复合弹簧包括第一自由度正方向的第一切向弹簧， 第二自 由度正方向的法向弹簧， 和第三自由度正方向的第二切向弹簧。 [0011]优选地， 所述第一等效复合弹簧的刚度等于螺栓本体的刚度， 其余四个等效复合 弹簧的刚度分别等于对应所在结合 面位置处螺 栓结合面的刚度。说　明　书 1/5 页 3 CN 113901697 A 3