(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 202210905238.3 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212003 江苏省镇江市京口区梦溪路2 号 (72)发明人 展铭　张建　丁超　李永胜　 李泓运　王纬波　吴晓青　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 王苗 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种螺栓连接预紧力控制范围的确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种螺栓连接预紧力控制范 围的确定方法， 首先建立施加预紧力情况下的螺 栓连接有限元模型； 计算不同预紧力情况下， 连 接区域的最大等效应力； 基于预紧力及等效应力 构建径向基函数代理模型； 考虑预紧力的不确定 性， 得到若干组预紧力的样本点， 通过径向基函 数代理模型计算对应的等效应力； 计算等效应力 的可靠性置信因子， 将可靠性置信因子大于1时 的螺栓预紧力作为控制施加的预紧力范围。 从预 紧力不确定的本质出发， 通过预紧力均值及倍数 关系描述预紧力的不确定性， 并根据等效应力的 可靠性置信因子， 确定结构安全工作范围， 得到 预紧力控制范围， 将传统的预紧力控制由单个确 定性的值扩展成范围区间， 确保结构在该范围内 满足可靠性要求。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115221762 A 2022.10.21 CN 115221762 A 1.一种螺 栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)建立施加预紧力情况 下的螺栓连接结构有限元模型； (2)根据建立的有限元模型， 计算对螺栓施加不同预紧力情况下， 螺栓连接区域的最大 等效应力； (3)基于施加的预紧力及计算得到的等效应力构建径向基函数代理模型； (4)考虑预紧力的不确定性， 在预紧力均值取值范围及预紧力标准差与均值的倍数关 系的取值范围内， 采用嵌套随机抽样方法获得若干预紧力均值及预紧力标准差与均值的倍 数关系， 组合得到若干组施加的预紧力的样本点， 通过径向基函数代理模型计算各组预紧 力样本点对应的等效应力， 得到各组等效应力的概 率分布、 均值及标准差； (5)设定螺栓连接区域 等效应力最大值的性能阈值及等效应力概 率分布的置信度； (6)根据设定的置信度得到等效应力概率分布 的上分位点， 计算性能阈值与上分位点 的差值M， 以及上分位 点与等效应力均值的差值U； (7)将M大于U时的螺 栓预紧力作为控制施加的预紧力范围。 2.根据权利要求1所述的螺栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特征在于， 所述步骤 (4)中， 通过预紧力的均值及预紧力标准差与均值的倍数关系描述预紧力的不确定性， 设定 施加的预紧力的均值及预紧力标准差与均值的倍数关系均服从均匀分布， 则预紧力服从两 种分布情况组合而成的正态分布， 采用随机抽样方法生成若干组预紧力均值及预紧力标准 差与均值的倍数关系的样本点， 根据预紧力服 从正态分布， 得到每组预紧力样本点， 将得到 的预紧力样本点 通过径向基函数代理模型计算连接区域的最大等效应力。 3.根据权利要求1所述的螺栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特征在于， 所述步骤 (1)中， 建立有限元模 型时， 对螺栓连接结构进行网格划分， 忽略螺栓的螺纹， 并将螺栓和螺 母一体化处 理， 考虑螺 栓连接在深海长时高压超深环境下服役， 设定 工作面外 压载荷。 4.根据权利要求1所述的螺栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特征在于， 所述步骤 (2)中采用拉丁超立方随机抽样随机生成若干螺栓预紧力值， 将生成的螺栓预紧力值代入 有限元模型中， 计算螺 栓连接区域的最大等效应力。 5.根据权利要求1所述的螺栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特征在于， 所述步骤 (5)中， 根据材料和零件的力学特性设定深海耐压结构螺栓连接区域等效应力最大值的性 能阈值为450MPa， 设定等效应力概 率分布的置信度为9 9％。 6.根据权利要求1所述的螺栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特征在于， 所述步骤 (6)中， 将M和U的比值定义为螺栓连接的置信因子， 建立步骤(4)获得的若干预紧力均值及 预紧力标准差与 均值的倍数关系和对应 计算得到的置信因子之间的径向基函数代理模型。 7.根据权利要求6所述的螺栓连接预紧力控制范围的确定方法， 其特征在于， 所述步骤 (7)中， 根据预紧力的均值以及预紧力标准差与均值的倍数关系建立等值线图， 通过等值线 图得到置信因子大于1时的螺 栓预紧力范围。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115221762 A 2一种螺栓连接预紧力控制范 围的确定方 法 技术领域 [0001]本发明涉及螺栓连接可靠性， 具体是涉及 一种螺栓连接预紧力控制范围的确定方 法。 背景技术 [0002]螺栓连接作为工程复杂结构的主要连接方式， 承担着连接零部件、 密封及传递载 荷等作用。 螺栓连接的预紧力对于螺栓连接结构的性能及安全工作能力起着决定性作用。 然而， 在螺栓连接结构装配过程中， 预紧力的控制并无明确的指标。 同时， 作为结构中的连 接单元， 螺栓连接是结构的不确定性的主要来源， 因此， 为确保结构安全工作， 在复杂连接 结构的螺 栓连接装配时控制预紧力至关重要。 发明内容 [0003]发明目的： 针对以上缺点， 本发明提供一种确保螺栓连接可靠性的螺栓连接预紧 力控制范围的确定方法。 [0004]技术方案： 为解决上述问题， 本发明采用一种螺栓连接预紧力控制 范围的确定方 法， 包括以下步骤： [0005](1)建立施加预紧力情况 下的螺栓连接结构有限元模型； [0006](2)根据建立的有限元模型， 计算对螺栓施加不同预紧力情况下， 螺栓连接区域的 最大等效应力； [0007](3)基于施加的预紧力及计算得到的等效应力构建径向基函数代理模型； [0008](4)考虑预紧力的不确定性， 在预紧力均值取值范围及预紧力标准差与均值的倍 数关系的取值范围内， 采用嵌套随机抽样方法获得若干组预紧力均值及预紧力标准差与均 值的倍数关系， 组合得到若干组施加的预紧力的样本点， 通过径向基函数代理模型计算各 组预紧力样本点对应的等效应力， 得到各组等效应力的概 率分布、 均值及标准差； [0009](5)预设螺栓连接区域等效应力最大值的性能阈值及等效应力概率分布的置信 度； [0010](6)根据预设的置信度得到等效应力概率分布的上分位点， 计算性能阈值与上分 位点的差值M， 以及上分位 点与等效应力均值的差值U； [0011](7)将M大于U时的螺 栓预紧力作为控制施加的预紧力范围。 [0012]进一步的， 所述步骤(4)中， 通过预紧力的均值及预紧力标准差与均值的倍数关系 描述预紧力的不确定性， 设定施加的预紧力的均值及预紧力标准差与均值的倍数关系均服 从均匀分布， 则预紧力服从两种分布情况组合而成的正态分布， 采用随机抽样方法生成若 干组预紧力样本点， 根据预紧力服从正态分布， 得到每组预紧力包括双倍数量于抽样生成 的预紧力均值的预紧力样本点， 将得到的预紧力样本点通过径向基函数代理模型计算连接 区域的最大等效应力。 [0013]进一步的， 所述步骤(1)中， 建立有限元模型时， 对螺栓连接结构进行 网格划分， 忽说　明　书 1/3 页 3 CN 115221762 A 3