一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法技术

本发明专利技术公开了一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法，包括以下步骤：S1：获取螺栓的基本物理参数和有限元网格节点数据，并进行坐标转换；S2：判断是否生成外螺纹轮廓，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3：对螺纹有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S4；S4：判断是否生成内螺纹轮廓，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；S5：对螺母有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S6；S6：将有限元网格节点数据的柱坐标转换至笛卡尔坐标，将进行轮廓偏移操作后的有限元网格节点数据替换原始有限元网格节点数据。本发明专利技术可以在无需手动计算的情况下高效率、高精准度且大批量地获取各种螺纹精密有限元模型。种螺纹精密有限元模型。种螺纹精密有限元模型。

【技术实现步骤摘要】
一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法


[0001]本专利技术属于螺纹有限元模型
，具体涉及一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法。

技术介绍

[0002]在螺栓精密有限元研究领域，由于技术限制，研究进展比较缓慢，目前国内外对于精密有限元模型的研究基本集中于对标准米制螺纹的研究。研究非标准螺纹轮廓，有利于提升螺纹的紧固、防松等性能，但目前国内外文献中暂无非标准螺纹轮廓的一般化轮廓公式的相关研究。前沿理论的缺失导致一般化螺纹精密有限元模型的生成方法暂无人研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决非标准螺纹无相应的轮廓公式导致精密有限元模型无法生成的问题，提出了一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法包括以下步骤：
[0005]S1：获取螺栓的基本物理参数和有限元网格节点数据，并将有限元网格节点数据的笛卡尔坐标转换至柱坐标，其中，有限元网格节点数据包括螺纹有限元网格节点和螺母有限元网格节点；
[0006]S2：根据螺栓的基本物理参数判断是否生成外螺纹轮廓，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
[0007]S3：对螺纹有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S4；
[0008]S4：根据螺栓的基本物理参数判断是否生成内螺纹轮廓，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；
[0009]S5：对螺母有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S6；
[0010]S6：将有限元网格节点数据的柱坐标转换至笛卡尔坐标，将进行轮廓偏移操作后的有限元网格节点数据替换原始有限元网格节点数据，得到一般化螺纹精密有限元模型。
[0011]进一步地，步骤S1中，螺栓的基本物理参数包括螺栓物理参量、轮廓分段点和螺栓有限元网格节点信息；其中，螺栓物理参量包括公称直径d、螺纹截距P、螺距等分数N
P
、密集网格层数n
m
、螺纹旋向、牙型角α、顶部切削量h
top
、底部切削量h
root
、螺纹原始三角形高度H、计算直径d3、外螺纹的牙底半径ρ
b
、内螺纹公称直径D、内螺纹中径D2和内螺纹牙底半径ρ
n
；有限元网格节点信息包括螺栓头、螺栓杆、螺母、是否生成外螺纹和是否生成内螺纹；轮廓分段点包括第一轮廓分段点θ1、第二轮廓分段点θ2、第三轮廓分段点θ3和第四轮廓分段点θ4。
[0012]进一步地，第一轮廓分段点θ1、第二轮廓分段点θ2、第三轮廓分段点θ3和第四轮廓分段点θ4的计算公式分别为：
[0013][0014][0015][0016][0017]其中，h
root
表示底部切削量，α表示牙型角，h
top
表示顶部切削量，H表示螺纹原始三角形高度。
[0018]进一步地，步骤S3包括以下子步骤：
[0019]S31：获取螺纹有限元网格节点的柱坐标，并将柱坐标的r轴坐标值在到内的螺纹有限元网格节点作为多层密集网格节点，其中，n
m
表示密集网格层数，d表示公称直径，h
m
表示密集网格层高，N
P
表示螺距等分数，P表示螺纹截距；
[0020]S32：对多层密集网格节点的最外层节点进行轮廓偏移操作，并对最外层节点与最内层节点之间的多层密集网格节点进行位置均布操作；
[0021]S33：将进行位置均布操作后柱坐标的z轴坐标值在(n
p
‑
1)
×
P到n
p
×
P内的多层密集网格节点作为螺尾密集网格节点，其中，n
p
表示绘制螺距数；
[0022]S34：设定偏移系数，利用偏移系数对螺尾密集网格节点的最外层节点进行轮廓偏移操作，以使螺尾密集网格节点的偏移量为0，并对最外层节点与最内层节点之间的螺尾密集网格节点进行位置均布操作。
[0023]进一步地，述步骤S32中，进行轮廓偏移操作的计算公式为：
[0024][0025]其中，r(θ,z)|
z∈[0,P]表示外螺纹柱坐标，θ表示柱坐标系下的θ坐标轴自变量的数据，d表示公称直径，d3表示计算直径，z表示柱坐标系下的z坐标轴自变量的数据，ρ
b
表示外螺纹的牙底半径，P表示螺纹截距，α表示牙型角，θ1表示第一轮廓分段点，θ2表示第二轮廓分段点，θ3表示第三轮廓分段点，θ4表示第四轮廓分段点；
[0026]所述步骤S32中，进行位置均布操作的具体方法为：将最外层节点与最内层节点之
间的多层密集网格节点进行等间隔均分。
[0027]进一步地，步骤S5包括以下子步骤：
[0028]S51：获取螺母有限元网格节点的柱坐标，并将柱坐标的r轴坐标值在到内的螺母有限元网格节点作为螺母多层密集网格节点，其中，n
m
表示密集网格层数，h
m
表示密集网格层高，d表示公称直径；
[0029]S52：对螺母多层密集网格节点的最内层节点进行轮廓偏移操作，并对最外层节点与最内层节点之间的多层密集网格节点进行位置均布操作。
[0030]进一步地，步骤S52中，进行轮廓偏移操作的计算公式为：
[0031][0032]其中，R(θ,z)|
z∈[0,P]表示内螺纹柱坐标，P表示螺纹截距，θ表示柱坐标系下的θ坐标轴自变量的数据，d表示公称直径，D表示内螺纹公称直径，D2表示内螺纹中径，ρ
n
表示内螺纹牙底半径，z表示柱坐标系下的z坐标轴自变量的数据，α表示牙型角，θ1表示第一轮廓分段点，θ2表示第二轮廓分段点，θ3表示第三轮廓分段点，θ4表示第四轮廓分段点。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034](1)本专利技术提出的一般化螺纹轮廓理论，不仅可以快速生成现有的标准米制螺纹轮廓、航空MJ螺纹轮廓、美制统一UN螺纹轮廓以及德标螺纹轮廓等各种符合一般化轮廓定义的各类标准轮廓，还为生成各种非标准螺纹轮廓提供了途径。本专利技术是现有螺栓精密有限元研究领域理论的一次重大进步，达到了从仅能生成普通米制螺纹有限元模型到能快速生成各类标准螺纹与非标螺纹的有限元模型的突破，实现了螺纹轮廓参数的无极调节。
[0035](2)本专利技术可以在无需手动计算的情况下高效率、高精准度且大批量地获取各种螺纹精密有限元模型。将专业复杂的网格绘制工作由人工计算关键节点信息加程序辅助偏移网格改进为输入轮廓后纯算法绘制，为后续螺栓轮廓的改进奠定了技术基础。
附图说明
[0036]图1为的流程图；
[0037]图2为一般化螺纹轮廓的结构与参数示意图；
[0038]图3为对最内层与最外层之间的网格进行位置均布操作示意图；
[0039]图4为密集网格变换为外螺纹网格示意图；
[0040]图5为一般化螺纹轮廓精密有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生成一般化螺纹精密有限元模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取螺栓的基本物理参数和有限元网格节点数据，并将有限元网格节点数据的笛卡尔坐标转换至柱坐标，其中，有限元网格节点数据包括螺纹有限元网格节点和螺母有限元网格节点；S2：根据螺栓的基本物理参数判断是否生成外螺纹轮廓，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3：对螺纹有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S4；S4：根据螺栓的基本物理参数判断是否生成内螺纹轮廓，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；S5：对螺母有限元网格节点进行轮廓偏移操作，并进入步骤S6；S6：将有限元网格节点数据的柱坐标转换至笛卡尔坐标，将进行轮廓偏移操作后的有限元网格节点数据替换原始有限元网格节点数据，得到一般化螺纹精密有限元模型。2.根据权利要求1所述的生成一般化螺纹精密有限元模型的方法，其特征在于，所述步骤S1中，螺栓的基本物理参数包括螺栓物理参量、轮廓分段点和螺栓有限元网格节点信息；其中，螺栓物理参量包括公称直径d、螺纹截距P、螺距等分数N
P
、密集网格层数n
m
、螺纹旋向、牙型角α、顶部切削量h
top
、底部切削量h
root
、螺纹原始三角形高度H、计算直径d3、外螺纹的牙底半径ρ
b
、内螺纹公称直径D、内螺纹中径D2和内螺纹牙底半径ρ
n
；有限元网格节点信息包括螺栓头、螺栓杆、螺母、是否生成外螺纹和是否生成内螺纹；轮廓分段点包括第一轮廓分段点θ1、第二轮廓分段点θ2、第三轮廓分段点θ3和第四轮廓分段点θ4。3.根据权利要求2所述的生成一般化螺纹精密有限元模型的方法，其特征在于，所述第一轮廓分段点θ1、第二轮廓分段点θ2、第三轮廓分段点θ3和第四轮廓分段点θ4的计算公式分别为：别为：别为：别为：其中，h
root
表示底部切削量，α表示牙型角，h
top
表示顶部切削量，H表示螺纹原始三角形高度。4.根据权利要求1所述的生成一般化螺纹精密有限元模型的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：S31：获取螺纹有限元网格节点的柱坐标，并将柱坐标的r轴坐标值在到内的螺纹有限元网格节点作为多层密集网格节点，其中，n
m
表示密集网格层数，d表示公称直径，h
m
表示密集网格层高，N
P
表示螺距等分数，P表示螺纹截距；
S...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旻昊，王赫，刘学通，刘建华，彭金方，
申请(专利权)人：成都德源睿新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：