(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 202111424536.2 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 中车长春轨道客车股份有限公司 地址 130000 吉林省长 春市长客路20 01号 (72)发明人 邵晴　李凯　王爱彬　胡浩　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 李婉 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于简化建模的超深冷异种金属连接 螺栓预紧力校核方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于简化建模的超深冷 异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 包括： 定义 螺栓结构参数； 定义异种金属被连接件结构参 数； 定义螺栓及被连接件材料力学参数及热物性 参数； 等效模型建模及网格划分； 力学边界条件 加载， 热学边界条件加载； 定义接触对； 通过热力 耦合仿真计算获取超深冷螺栓预紧力值及判断 是否满足相应力学评价指标。 本方案可以在不引 入应力集中的情况下， 采用计算量较小的简化模 型进行热力耦合计算， 保证计算收敛； 本方案填 补了超深冷工况下异种金属连接螺栓预紧力的 校核方法的空白， 并给出了基于破坏扭矩的评价 标准和螺栓切向力、 轴向力的评价标准， 可以判 断螺栓的连接的可靠性。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114117858 A 2022.03.01 CN 114117858 A 1.一种基于简化建模的超深冷异种金属连接 螺栓预紧力校核方法， 其特 征在于， 包括： 定义螺栓结构参数； 定义异种金属被连接件结构参数； 定义螺栓及被连接件材 料力学参数及热物性 参数； 简化建模及网格划分； 力学边界条件加载， 热 学边界条件加载； 定义接触对； 通过热力耦合仿真计算获取超深冷螺 栓预紧力值及判断是否满足相应力学评价指标。 2.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述定义螺 栓结构参数包括： 定义的螺栓结构参数包括： 螺栓头紧固器直径e、 螺栓头厚度k、 标称直径D、 螺栓长度 lbolt和螺纹长度lthread， 垫片结构参数包括： 大垫片内径d1、 大垫片外径d2和大垫片厚度 hwasher。 3.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述定义异种金属被连接件结构参数包括： 根据实际情况中两种被连接件的厚度， 第一层被连接件的厚度为1h1、 第二层被连接件 的厚度为2h2； 根据螺栓及垫片结构的最小尺寸可以进一步确定简化板长、 板宽及网格单元的最小尺 寸， 定义简化板模型的板长为length， 板宽为width， 网格单元的最小尺寸gridmin， 则需要 满足下面的建模条件： 4.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述定义螺 栓及被连接件材 料力学参数及热物性 参数包括： 力学参数包括密度rho、 杨氏模量E、 泊松比nu； 热物性参数包括热膨胀系数alpha， 且由 热膨胀系数计算得到的变形参数关联至力学参数。 5.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述简化建模及网格划分包括： 根据定义的螺栓结构参数、 异种金属被连接件结构参数和螺栓及被连接件材料力学参 数及热物性 参数， 建立螺 栓预紧力分析的简化模型并划分网格。 6.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述力学边界条件加载， 热 学边界条件加载包括： 力学边界条件， 包括常温下螺 栓的预紧力和异种金属连接件的约束条件； 热学边界条件为室温至超深冷工况工作温度的转变。 7.根据权利要求6所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述力学边界条件， 包括常温下螺栓的预紧力和异种金属连接件的约束 条件，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114117858 A 2包括： 采用刚体运动抑制的位移约束方法： 选择三个完全分离的非共线点， 在三个方向上固 定第一个点， 将第二个点限制在从第一个点到第二个点的矢量法线的两个方向上， 将最后 一个点限制在垂直于由三个点形成的平面的方向上； 指定两个被连接件中第二层被连接件的底面z向位移为0 。 8.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述定义接触对 包括： 在垫片下表面和两个被连接件中第 一层被连接件之间建立接触对， 并采用增广拉格朗 日法进行接触仿真计算获取超深冷螺 栓预紧力值。 9.根据权利要求1所述的基于简化建模的超深冷异种金属连接螺栓预紧力校核方法， 其特征在于， 所述通过热力耦合仿 真计算获取超深冷螺栓预紧力值及判断是否满足相应力 学评价指标包括： 力学评价指标包括： 破坏扭矩： K Fpcd<T； 螺栓切向力： Ftc<[(0.3/1.1)×Fpc]‑[(0.24/1.1) ×Fac]＝(0.273 ×Fpc)‑(0.218×Fac)； 螺栓轴向力： 受压 螺栓Fac<Fpc； 受拉螺栓Fac<Fa‑Fpc； 其中： K为拧紧系数； Fpc为低温预紧力； d为螺栓直径； T为螺栓破坏扭矩； Ftc为计算的低 温切向力； Fpc为低温预紧力； Fac为计算的低温轴向力， 受拉时为正， 受压时为负； Fa为许用轴 向力； 使用螺栓连接时， 切向的验收标准由滑移阻力给出， 轴向的验收标准由螺栓受压时由 预紧力载荷给 出， 当螺栓受拉时由许用轴向力与预紧力的差值给 出； 其中， 滑移阻力的计算公式为： Fsa＝(ks×n×μ×Fc)/γ， 式中， ks为几何因子， ks＝1.0； n为摩擦界面数； μ为滑移系数， μ＝0.3(C级表面)； γ为螺 栓安全因子1.1； Fc＝Fpc‑0.8×Fac， 当摩擦界面数n 为1时： Fsa＝[(0.3/1.1)×Fpc]‑[(0.24/1.1) ×Fac]＝(0.273 ×Fpc)‑(0.218×Fac)； 当摩擦界面数n 为2时： Fsa＝(0.546 ×Fpc)‑(0.436×Fac)。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114117858 A 3