螺栓螺纹牙高度优化方法技术

本发明专利技术提供的一种螺栓螺纹牙高度优化方法，包括以下步骤：S1.建立螺栓连接的几何模型，并将该几何模型转换为2D模型；S2.对2D模型进行网格化划分；S3.将网格化划分后的2D模型输入至有限元分析软件中进行处理；S4.在有限元分析软件中建立关于螺栓的接触对，并根据接触对设定处理参数；S5.在有限元软件中螺栓施加边界条件；S6.对螺栓进行模拟预紧力加载，分析螺栓螺各螺纹牙的承载比例；S7.构建螺栓螺纹牙高度计算模型，并得出优化后的螺纹牙高度；能够使得螺栓的螺纹牙具有合理的高度，满足在应用环境中的载荷需求，能够有效确保螺栓在高强度、高温环境中能够具有长时间的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
螺栓螺纹牙高度优化方法
本专利技术涉及一种优化方法，尤其涉及一种螺栓螺纹牙高度优化方法。
技术介绍
螺栓连接因其具有结构简单、拆卸方便、成本低等优点，得到了广泛应用，尤其是螺栓连接在现代许多工程结构中发挥了重要作用。然而，由于螺栓连接的结构特点，普遍存在应力集中和螺纹牙间承载分布不均匀等问题，从而在一定程度上影响了螺栓连接的强度和可靠性。当螺栓连接组合结构在高温环境下工作时，温度和其他环境的波动可能会影响其结构强度和可靠性，导致螺栓松动和过早疲劳失效。在螺栓使用中，比如用于发动机气缸盖螺栓连接，发动机气缸盖螺栓的材料为钢，连接件常使用铝合金材料。由于铝合金材料的存在，铝合金材料与钢材料相比具有良好的粘弹性性能，特别是在厚度方向，因此铝合金材料的使用使螺栓连接组合结构更容易发生蠕变松弛，从而导致螺栓连接过早失效。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供的一种螺栓螺纹牙高度优化方法，能够使得螺栓的螺纹牙具有合理的高度，满足在应用环境中的载荷需求，使得发生接触的螺牙的承载比例均匀，能够有效确保螺栓在高强度、高温环境中能够具有长时间的稳定性和可靠性。本专利技术提供的一种螺栓螺纹牙高度优化方法，包括以下步骤：S1.建立螺栓连接的几何模型，并将该几何模型转换为2D模型；S2.对2D模型进行网格化划分；S3.将网格化划分后的2D模型输入至有限元分析软件中进行处理；S4.在有限元分析软件中建立关于螺栓的接触对，并根据接触对设定处理参数；S5.在有限元软件中螺栓施加边界条件；S6.对螺栓进行模拟预紧力加载，分析螺栓螺各螺纹牙的承载比例；S7.构建螺栓螺纹牙高度计算模型，并得出优化后的螺纹牙高度。进一步，步骤S7中，螺纹牙高度计算模型具体为：hi＝H-ΔHi，其中，hi为优化后的螺纹高度，ΔHi为螺纹优化过程中需要调整的高度。进一步，根据如下方法确定螺纹优化过程中需要调整的高度ΔHi：其中，xi为分析过程后第i个螺纹牙的承载比例，为螺纹牙的平均承载比例，H为螺纹牙的原高度，k为螺纹牙的牙高系数；其中，其中，n为螺纹牙接触对数。本专利技术的有益效果：通过本专利技术，能够使得螺栓的螺纹牙具有合理的高度，满足在应用环境中的载荷需求，使得发生接触的螺牙的承载比例均匀，能够有效确保螺栓在高强度、高温环境中能够具有长时间的稳定性和可靠性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术的具体实例的结构示意图。图3为通过本专利技术优化后螺栓螺纹牙高度与原高度分析对比图。图4为图2中结构优化后结构示意图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步详细说明：本专利技术提供的一种螺栓螺纹牙高度优化方法，包括以下步骤：S1.建立螺栓连接的几何模型，并将该几何模型转换为2D模型；其中，几何模型通过ProE或者Catia软件实现；S2.对2D模型进行网格化划分；网格划分通过Hypermesh或者Ansa软件进行网格划分；S3.将网格化划分后的2D模型输入至有限元分析软件中进行处理；其中，有限元软件采用Abaqus；S4.在有限元分析软件中建立关于螺栓的接触对，并根据接触对设定处理参数；其中，处理参数设定包括螺纹副接触属性和连接件的接触属性，包括法向接触属性和切向摩擦属性；S5.在有限元软件中螺栓施加边界条件；S6.对螺栓进行模拟预紧力加载，其中，预紧力加载分为三个步骤，第一阶段施加10N预紧力，第二个阶段施加100N预紧力，第三个阶段施加9700N预紧力，分析螺栓螺各螺纹牙的承载比例；S7.构建螺栓螺纹牙高度计算模型，并得出优化后的螺纹牙高度，通过本专利技术，能够使得螺栓的螺纹牙具有合理的高度，满足在应用环境中的载荷需求，使得发生接触的螺牙的承载比例均匀，能够有效确保螺栓在高强度、高温环境中能够具有长时间的稳定性和可靠性。本实施例中，步骤S7中，螺纹牙高度计算模型具体为：hi＝H-ΔHi，其中，hi为优化后的螺纹高度，ΔHi为螺纹优化过程中需要调整的高度。具体地，根据如下方法确定螺纹优化过程中需要调整的高度ΔHi：其中，xi为分析过程后第i个螺纹牙的承载比例，为螺纹牙的平均承载比例，H为螺纹牙的原高度，k为螺纹牙的牙高系数，一般取值为3.86；其中，其中，n为螺纹牙接触对数。以下通过一个具体实例对本专利技术做出进一步说明：如图2所示：以M8螺栓为例，其具有6个接触对，经过分析，其前三个螺纹牙序号具有最大承载，因为螺牙的载荷在发生接触的第一螺牙承载载荷最大，并且载荷主要集中在发生接触的前面几个螺牙，如果其高度不进行优化，则极易发生断裂，因此，需要对其进行优化，在该实例中，前三个接触螺纹牙的原高度均为5.75mm，而通过本专利技术优化后如下表格：螺纹牙序号螺纹牙承载比例改进后螺纹牙高度/mm121.24％4.74220.34％4.94317.35％5.60通过对其承载比例的方差和极差的分析如下：方差计算：极差的计算：X＝xmax-xmin；将不同温度下的螺纹副承载代入计算，结果如下表：表1常温下弹性阶段方差和极差分析结果方差极差原螺纹0.0018500.120596优化改进螺纹0.0013630.098719表2常温下塑性阶段方差和极差分析结果方差极差原螺纹0.0010920.090050优化改进螺纹0.0006020.071946表3250℃下弹性阶段方差和极差分析结果方差极差原螺纹0.0016820.114530优化改进螺纹0.0012120.092581表4250℃下塑性阶段方差和极差分析结果方差极差原螺纹0.0010110.085876优化改进螺纹0.0006440.072291表5250℃下蠕变阶段方差和极差分析结果方差极差原螺纹0.007740.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺栓螺纹牙高度优化方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.建立螺栓连接的几何模型，并将该几何模型转换为2D模型；/nS2.对2D模型进行网格化划分；/nS3.将网格化划分后的2D模型输入至有限元分析软件中进行处理；/nS4.在有限元分析软件中建立关于螺栓的接触对，并根据接触对设定处理参数；/nS5.在有限元软件中螺栓施加边界条件；/nS6.对螺栓进行模拟预紧力加载，分析螺栓螺各螺纹牙的承载比例；/nS7.构建螺栓螺纹牙高度计算模型，并得出优化后的螺纹牙高度。/n

【技术特征摘要】
1.一种螺栓螺纹牙高度优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.建立螺栓连接的几何模型，并将该几何模型转换为2D模型；
S2.对2D模型进行网格化划分；
S3.将网格化划分后的2D模型输入至有限元分析软件中进行处理；
S4.在有限元分析软件中建立关于螺栓的接触对，并根据接触对设定处理参数；
S5.在有限元软件中螺栓施加边界条件；
S6.对螺栓进行模拟预紧力加载，分析螺栓螺各螺纹牙的承载比例；
S7.构建螺栓螺纹牙高度计算模型，并得出优化后的螺纹牙高度。

【专利技术属性】
技术研发人员：何联格，张斌，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50