(19)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 202210862248.3 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 刘修铭　夏热　张俊　杨兵　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 黄靖 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表 征方法 (57)摘要 本发明公开了一种发动机转子螺栓组仿真 及力学状态表征方法， 包括以下步骤： 步骤S1、 建 立发动机转子模型， 该模型中包含薄层单元面， 提取结构有限元模型的信息输入文件； 步骤S2、 提取信息输入文件， 利用Pyt hon读取图像信息的 方法， 对螺栓孔进行编号； 步骤S3、 利用Pyt hon调 用Abaqus载荷以及分析步模块的功能， 根据 S1中 的螺栓孔编号， 按照螺栓编号对螺栓施加预紧 力， 将python文件中导入Abaqus中进行分析； 步 骤S4、 输出S3中Abaqus力学分析得到 的， 以螺栓 为轴心的螺杆周围圆柱、 圆台体各单元的应力变 化值与连接刚度变化值。 本发明在提升了分析螺 栓连接结构效率的同时， 提高了 仿真精度。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115310223 A 2022.11.08 CN 115310223 A 1.一种发动机转子 螺栓组仿真及力学状态 表征方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1： 建立发动机转子有限元模型， 该模型中包含一薄层单元面， 该薄层单元面分别 设置在法兰盘和转子接触面之 间， 以螺栓为轴心的螺杆周围划分为上下两侧的圆台体单元 和中间的圆柱体单 元； 提取结构有限元模型的信息 输入文件； 步骤S2： 读取信息 输入文件， 利用Pytho n读取图像信息的方法， 对螺 栓孔进行编号； 步骤S3： 利用Python调用Abaqus载荷以及分析步模块的功能， 根据S1中获取的螺栓孔 编号， 按照螺 栓编号依次对螺 栓施加预紧力， 将pytho n文件导入Abaqus中进行批量分析； 步骤S4： 输出S3中Abaqus力学分析得到的以螺栓为轴 心的螺杆周围各单元的应力变化 值与连接刚度变化 值。 2.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， 所述步骤S1中： 发动机转子模型包括法兰， 转子与螺栓螺母， 其中螺栓螺母为简化螺纹 后的螺栓螺母。 3.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， 步骤S1中， 圆台体单元上表面为螺栓头部与法兰接触面， 侧边与螺杆所成夹角 θ计算公 式： K为两个转子的厚度比K≤1； C为螺栓孔与螺栓公称直径的差； H为螺栓连接件的总厚 度； D螺母支撑面的直径； 圆柱体单 元高度为两圆台体单 元下表面之间的距离 。 4.根据权利要求3所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， 圆台、 圆柱体单元范围内螺栓的法向载荷占螺栓预紧力的98.7％ ‑99.2％， 圆台高度为 转子厚度的1/2。 5.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组建模以及仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S1中， 薄层单元位直径与划分的圆柱体单元端面的直径相同， 圆柱体直径等于圆台体 下底面的直径， 圆台 高度为1/2法兰厚度， 所述薄层单 元厚度为 其直径的1/ 30‑1/100。 6.根据权利要求1所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， 预测函数Compose中引入接触刚度与应力变化值， 综合分析法兰转子接触面对拧紧顺序 的影响， 公式如下： Compose＝C hangej+100( κupj+kdownj+κmediumj+κlinkj)， j＝1， 2， 3 …n 其中， Changej代表所有螺栓拧紧后第j个螺栓周围圆台圆柱体单元的应力变化量， κupj 代表所有的螺栓拧紧后第j个螺栓靠近螺栓头圆台范围内法兰螺栓的刚度值； κdownj代表所 有的螺栓拧紧后第j个螺栓靠近螺母圆台范围内法兰螺栓的刚度值； κmediumj代表所有的螺 栓拧紧后第j个螺栓圆柱体范围内法兰螺栓的刚度值； κlinkj代表法兰与转子结合面之间或 转子与转子的总接触刚度； 本公式 中所有量均为无量纲量。 7.根据权利要求6所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， 其中， i代表螺栓圆柱、 圆台体范围内网格的序号， j代表螺栓拧紧顺序的序号， n代表需权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310223 A 2要拧紧的螺栓的总数， σin代表第n个螺栓拧紧后第i个网格的应力值， σij代表第j个螺栓拧 紧后第i个网格的应力值， mj代表第j个拧紧螺栓圆台、 圆柱体内包含的网格的总数， 注： 本 公式计算过程中应力单位 为MPa。 8.根据权利要求6所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， klinkqj代表第j个螺栓拧紧后， 第q个接触面的接触刚度， Q代表螺栓连接件(不包括螺 栓)之间总的接触面数。 9.根据权利要求4所述的一种发动机转子螺栓组仿真及力学状态表征方法， 其特征在 于， 对于任一相邻螺 栓， 螺栓几何中心之间的距离小于 50cm。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310223 A 3