CN111306177B - 基于预紧力的垫圈调控方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于预紧力的垫圈调控方法、装置、电子设备及存储介质，所述基于预紧力的垫圈调控方法，包括：获取当前垫圈参数值，基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力；确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在所述实际预紧力满足所述预设连接件失效判定条件时，基于所述当前垫圈参数值调控垫圈。采用本发明可以有效提高连接件的使用寿命。

Description

基于预紧力的垫圈调控方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及复合材料螺栓连接技术领域，具体涉及一种基于预紧力的垫圈调控方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

复合材料由于其优异的性能现已广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。而复合材料在装配时连接区域常为孔位、卡槽等结构，使得复合材料连接区域由于应力集中极易受到破坏，进而降低复合材料的使用寿命。

现阶段，通常采用垫圈来提高复合材料的使用寿命。具体的，首先，可以根据螺栓的尺寸选择相应尺寸的垫圈。然后，可以将该与螺栓的尺寸相应的垫圈作为辅助器件，放置于螺栓连接件和复合材料的连接区域之间。通过放置的垫圈来保护复合材料与螺栓连接件的连接区域表面不受螺母擦伤，并分散连接区域的压力，以在一定程度上提高复合材料的使用寿命。

现有技术中，由于垫圈对连接区域表面摩擦力矩的影响因素除垫圈尺寸之外，还包括垫圈厚度，粗糙度等因素，仅通过垫圈尺寸不能有效的提高复合材料的使用寿命，

发明内容

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种基于预紧力的垫圈调控方法、装置、电子设备及存储介质。

第一方面，本发明实施例提出一种基于预紧力的垫圈调控方法，包括：

获取当前垫圈参数值，基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，其中，所述垫圈参数值包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度；

确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在所述实际预紧力满足所述预设连接件失效判定条件时，基于所述当前垫圈参数值调控垫圈。

可选的，还包括：

基于垫圈厚度乘式因子确定目标摩擦力矩公式，所述目标摩擦力矩公式为：

其中，T₁表示垫圈在螺栓预紧或负载工况下的摩擦力矩，F表示螺栓的预紧力，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，t表示垫圈厚度，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，a∈(-70～-10)、b∈(0.98～1.25)；

确定螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩公式，所述栓体力矩公式为：

ρ＝arctanμ_v

其中，T₂表示螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩，F表示螺栓的预紧力，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，μ_v表示螺栓的螺纹当量摩擦系数；

基于所述目标摩擦力矩公式和所述栓体力矩公式，生成预设螺栓结构预紧力计算公式，所述预设螺栓结构预紧力计算公式为：

T＝T₁+T₂

其中，F表示螺栓结构预紧力，K表示拧紧力矩系数，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子。

可选的，所述基于所述目标摩擦力矩公式和所述栓体力矩公式，生成预设螺栓结构预紧力计算公式之后，还包括：

基于所述预设螺栓结构预紧力计算公式确定所述螺栓结构的残余预紧力计算公式，所述螺栓结构的残余预紧力计算公式的计算公式为：

其中，F₁表示残余预紧力，F₀表示螺栓轴向工作载荷，C_m表示被连接件的刚度、C_b表示被连接件的螺栓刚度。

可选的，所述基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，包括：

基于所述目标摩擦力矩公式、所述预设螺栓结构预紧力公式、栓体力矩公式及螺栓的拧紧力矩公式，生成目标螺栓结构预紧力公式，所述目标螺栓结构预紧力公式为：

其中，F表示螺栓结构预紧力，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，Q表示螺栓参数相关的常数，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角；

将所述当前垫圈参数值带入所述目标螺栓结构预紧力公式，生成实际预紧力。

可选的，所述预设连接件失效判定条件为：

且

其中，F″表示实际预紧力，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d表示连接的孔径，[p]表示被连接件材料的许用压强，S_栓头表示螺栓栓头的面积。

可选的，所述确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件之后，还包括：

在所述实际预紧力不满足所述预设连接件失效判定条件时，调整所述当前垫圈参数值，基于所述调整后的垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成调整后的实际预紧力，并确定所述调整后的实际预紧力是否满足所述预设连接件失效判定条件。

可选的，所述垫圈为平垫圈；所述连接件为复合材料。

第二方面，本发明实施例还提出一种基于预紧力的垫圈调控装置，包括预紧力生成模块和垫圈调控模块，其中：

所述预紧力生成模块，用于获取当前垫圈参数值，基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，其中，所述垫圈参数值包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度；

所述垫圈调控模块，用于确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在所述实际预紧力满足所述预设连接件失效判定条件时，基于所述当前垫圈参数值调控垫圈。

第三方面，本发明实施例还提出一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述方法。

第四方面，本发明实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行上述方法。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过基于垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度等当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，并在实际预紧力满足预设连接件失效判定条件时，基于当前垫圈参数值调控垫圈。这样，结合垫圈影响支撑面摩擦力矩的多个因素(即垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度)，在满足预设连接件失效判定条件时，基于前述满足预设连接件失效判定条件的调控的垫圈参数值调控垫圈，可以使得调控后的垫圈更符合连接件的实际情况，从而可以有效的降低连接件(即复合材料)的破坏，进而可以有效提高连接件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于预紧力的垫圈调控方法的流程示意图；

图2-a为本发明一实施例提供的一种垫圈厚度因素对螺栓结构预紧力的影响示意图；

图2-b为本发明一实施例提供的一种垫圈厚度因素对螺栓结构预紧力的影响示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种垫圈厚度与螺栓载荷关系示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种复合材料结构螺栓连接结构受力示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种基于预紧力的垫圈调控装置的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的电子设备的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了本实施例提供的一种基于预紧力的垫圈调控方法的流程示意图，包括：

S101，获取当前垫圈参数值，基于当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力。

其中，所述垫圈参数值包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度。

所述垫圈为平垫圈。

所述当前垫圈参数值可以是任一组需要被判定是否合格(即是否满足预设连接件失效判定条件)的垫圈参数值，该组垫圈参数值可以是根据经验设置的。

所述预设螺栓结果预紧力计算公式指预先生成的计算螺栓结构预紧力的公式，该计算公式引入了垫圈厚度乘式因子。

所述实际预紧力指基于当前垫圈参数值和预设螺栓结果预紧力计算公式生成的预紧力值。

在实施中，可以基于当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，得到实际预紧力，并通过判断实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件确定是否基于前述当前垫圈参数值调控垫圈。具体的，首先，可以获取当前垫圈参数值，前述当前垫圈参数值可以包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度。然后，可以获取预设螺栓结构预紧力计算公式，将前述当前垫圈参数值带入该预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力。

S102，确定实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在实际预紧力满足预设连接件失效判定条件时，基于当前垫圈参数值调控垫圈。

其中，所述预设连接件失效判定条件指预先设置的，判定基于当前垫圈参数值生成的实际预紧力是否合格的条件；即若实际预紧力满足预设连接件失效判定条件则认为当前垫圈参数值合格，反之，认为当前垫圈参数值不合格。

所述预设连接件失效判定条件为：

且

其中，F″表示实际预紧力，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d表示连接的孔径，[p]表示被连接件材料的许用压强，S_栓头表示螺栓栓头的面积。

所述连接件为复合材料。

在实施中，在生成实际预紧力之后，可以确定前述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件。若确定前述实际预紧力满足前述预设连接件失效判定条件，则可以认为前述当前垫圈参数值合格，并可以基于前述当前垫圈参数值调控垫圈，以使调控后的垫圈更符合实际需要，以更好的提高连接件(即复合材料)的使用寿命。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过基于垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度等当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，并在实际预紧力满足预设连接件失效判定条件时，基于当前垫圈参数值调控垫圈。这样，结合垫圈影响支撑面摩擦力矩的多个因素(即垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度)，在满足预设连接件失效判定条件时，基于前述满足预设连接件失效判定条件的调控的垫圈参数值调控垫圈，可以使得调控后的垫圈更符合连接件的实际情况，从而可以有效的降低连接件(即复合材料)的破坏，进而可以有效提高连接件的使用寿命。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，可以引入垫圈厚度乘式因子确定预设螺栓结构预紧力计算公式，相应的处理可以如下：基于垫圈厚度乘式因子确定目标摩擦力矩公式，所述目标摩擦力矩公式为：

φ(t)＝at+b

其中，T₁表示垫圈在螺栓预紧或负载工况下的摩擦力矩，F表示螺栓的预紧力，μ表示垫圈粗糙度(即螺母与垫圈支撑面的摩擦系数)，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，t表示垫圈厚度，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数；

确定螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩公式，所述栓体力矩公式为：

ρ＝arctanμ_v

其中，T₂表示螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩，F表示螺栓的预紧力，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，μ_v表示螺栓的螺纹当量摩擦系数；

基于所述目标摩擦力矩公式和所述栓体力矩公式，生成预设螺栓结构预紧力计算公式，所述预设螺栓结构预紧力计算公式为：

T＝T₁+T₂

其中，F表示螺栓结构预紧力，K表示拧紧力矩系数，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示螺母与垫圈支撑面的摩擦系数，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子。

其中，所述目标摩擦力矩公式指螺母和支撑面之间摩擦力矩的求解公式。

所述垫圈厚度乘式因子φ(t)是一种关于垫圈厚度的函数式，其本质是针对摩擦力矩的一个关于垫圈厚度的修正因子，在本发明实施例中定义为线性的形式，即φ(t)＝at+b，并且以乘式的形式耦合在目标摩擦力矩公式中。

在实施中，在求解目标摩擦力矩公式(即螺母和支撑面之间摩擦力矩)时，需要具体分析界面摩擦力矩的产生过程。垫圈对支撑面摩擦力矩的影响因素，包括表面粗糙度、垫圈内径及垫圈厚度。垫圈厚度决定垫圈的刚度，在传递预紧力到连接件界面时，不同刚度导致垫圈变形量不一样，界面接触面积就会发生改变。前述变化都会导致螺接结构螺接时的摩擦力矩发生变化，如图2-a和图2-b所示(图2-a和图2-b中垫圈厚度t₁≠t₂，各自的预紧力T₁≠T₂)，摩擦力矩的变化会影响到残余预紧力，而残余预紧力是影响螺栓结构服役寿命和连接件破坏的关键。可知，垫圈厚度对于螺栓连接结构的预紧力有着不可忽略的影响，对不同垫圈厚度的螺连接结构进行仿真，如图3所示，垫圈厚度对载荷的影响是近似线性的。故而，首先可以引入垫圈厚度乘式因子确定目标摩擦力矩公式：

其中，T₁表示垫圈在螺栓预紧或负载工况下的摩擦力矩，F表示螺栓的预紧力，μ表示螺母与垫圈支撑面的摩擦系数，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，t表示垫圈厚度，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，a∈(-70～-10)、b∈(0.98～1.25)。

然后，参见图3，对平垫圈螺栓连接结构(即螺栓结构)进行受力分析，螺栓在拧紧力矩T的作用下被预紧。螺栓拧好后，螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩T₂与螺纹参数和螺栓直径直接相关，即螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩公式为：

ρ＝arctanμ_v

其中，T₂表示螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩，F表示螺栓的预紧力，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，μ_v表示螺栓的螺纹当量摩擦系数。

之后，根据静力学原理，螺母和支撑面之间的摩擦力矩T₁与螺栓体上的栓体力矩T₂之和应与螺栓初始的拧紧力矩相等，即：

T＝T₁+T₂

进一步的，对螺栓安装拧紧力矩的螺栓结构预紧力F进行换算，简化为：

其中，F表示螺栓结构预紧力，K表示拧紧力矩系数，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示螺母与垫圈支撑面的摩擦系数，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子。

这样，在结合垫圈参数值的基础上，考虑垫圈对摩擦力矩的影响，引入垫圈厚度乘式因子表征垫圈在螺栓预紧或负载工况下的摩擦力矩；同时，由于摩擦力矩会影响到螺栓结构预紧力，故而结合结合垫圈参数值和垫圈厚度乘式因子，确定预设螺栓结构预紧力计算公式，可以使得确定的预设螺栓结构预紧力计算公式更准确，从而可以使得基于该预设螺栓结构预紧力计算公式生成的实际预紧力更准确，进而可以进一步提高判定结果(即实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件的结果)的准确性，进一步提高连接件的使用寿命。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，还可以基于预设螺栓结构预紧力计算公式生成螺栓结构的残余预紧力计算公式，相应的处理可以如下：基于预设螺栓结构预紧力计算公式确定螺栓结构的残余预紧力计算公式，螺栓结构的残余预紧力计算公式的计算公式为：

其中，F₁表示残余预紧力，F₀表示螺栓轴向工作载荷，C_m表示被连接件的刚度、C_b表示被连接件的螺栓刚度。参见图1残余预警力是影响螺栓连接结构服役寿命和连接件损伤的关键，故而，残余预紧力的计算也可以作为螺栓结构的拧紧力矩的数据依据；通过改变垫圈参数值，获得合适的残余预紧力水平，还可以为提高螺栓连接结构的服役寿命提供一种改善思路，即提供另一种数据依据；同时，基于上述螺栓结构的预紧力和残余预紧力的计算，可以避免由于忽略垫圈厚度影响而导致预紧力和残余预紧力计算有偏差的工程问题，并可以为易压溃复合材料的螺栓连接结构的预紧力调控提供指导。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，基于当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，具体包括：基于目标摩擦力矩公式、预设螺栓结构预紧力公式、栓体力矩公式及螺栓的拧紧力矩公式，生成目标螺栓结构预紧力公式；将当前垫圈参数值带入目标螺栓结构预紧力公式，生成实际预紧力。

其中，所述目标螺栓结构预紧力公式指基于目标摩擦力矩公式、预设螺栓结构预紧力公式、栓体力矩公式及螺栓的拧紧力矩公式变形得到的计算螺栓结构实际预紧力的公式。

在实施中，对上述目标摩擦力矩公式、预设螺栓结构预紧力公式与栓体力矩公式及螺栓的拧紧力矩公式进行变形：

生成目标螺栓结构预紧力公式为：

其中，F表示螺栓结构预紧力，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，Q表示螺栓参数相关的常数，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角。然后，可以将上述当前垫圈参数值带入前述目标螺栓结构预紧力公式，即可计算出实际预紧力。

需要说明的是，Q是关于螺栓螺纹中径d₂、螺栓的螺纹的升角α、当量摩擦角ρ的公式，Q在特定结构下为常数。由于不同螺栓连接结构的螺栓螺纹、螺栓的螺纹的升角、当量摩擦角不同，相应的不同螺栓连接结构的对应的常数Q的大小也不一致。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，确定实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件之后，还包括：在实际预紧力不满足预设连接件失效判定条件时，调整当前垫圈参数值，基于调整后的垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成调整后的实际预紧力，并确定调整后的实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件。

在实施中，若确定实际预紧力不满足预设连接件失效判定条件，首先，则可以调整上述当前垫圈参数值，并基于调整后的垫圈参数值和上述预设螺栓结果预紧力计算公式，生成前述调整后的垫圈参数值对应的新的实际预紧力(可称为调整后的实际预紧力)。然后，可以确定前述调整后的实际预紧力是否满足上述预设连接件失效判定条件。可以理解，若调整后的实际预紧力满足上述预设连接件失效判定条件，则可以基于前述调整后的垫圈参数值调控垫圈。反之，若调整后的实际预紧力不满足上述预设连接件失效判定条件，则可以重新调整前述垫圈参数值，并基于重新调整后的垫圈参数值重新执行上述步骤S101-S102。这样，在当前垫圈参数值对应的实际预紧力不满足预设连接件失效判定条件时，重新调整垫圈参数值并在调整后的实际预紧力满足预设连接件失效判定条件时，基于调整后的垫圈参数值调控垫圈，可以进一步减少垫圈参数不符合实际需求的情况，进而可以进一步提高连接件(即复合材料)的使用寿命。

参见图4，为使本申请提供的方法更加清楚，以如下参数对上述计算螺栓连接结构预紧力和残余预紧力的方法进行说明：

连接件(即复合材料)：厚度为25mm、孔径为8mm的碳纤维复合材料；螺栓：GB/T5780-2000中规定的C级六角头螺栓GB/T 5780M8×45；螺母：GB/T M8；平垫圈：内径8.4mm，外径16mm。

结合螺栓结构的各尺寸参数μ＝0.11；D₁＝11.5mm；D₂＝8.4mm；t＝1.6mm，对螺母与平垫圈支撑面的摩擦力矩T₁求解：

然后，结合螺接的工况d₂＝7.188mm；α＝45°；μ_v＝0.11，对栓体力矩T₂求解：

ρ＝arctanμ_v＝6°16′38″

之后，设螺栓拧紧力矩为17.3N·m，可以求得与螺栓连接结构预紧力F相关的等式方程，选定厚度因子中的系数a＝-45，b＝0.99，结果如下：

T＝T₁+T₂

然后，设C_m/(C_b+C_m)＝0.75；F₀＝9028N，计算出螺栓结构残余预紧力F₁为：

图5示出了本实施例提供的一种基于预紧力的垫圈调控装置，包括预紧力生成模块501和垫圈调控模块502，其中：

所述预紧力生成模块501，用于获取当前垫圈参数值，基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，其中，所述垫圈参数值包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度；

所述垫圈调控模块502，用于确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在所述实际预紧力满足所述预设连接件失效判定条件时，基于所述当前垫圈参数值调控垫圈。

可选的，所述预紧力生成模块501，还用于：

基于垫圈厚度乘式因子确定目标摩擦力矩公式，所述目标摩擦力矩公式为：

其中，T₁表示垫圈在螺栓预紧或负载工况下的摩擦力矩，F表示螺栓的预紧力，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，t表示垫圈厚度，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，a∈(-70～-10)、b∈(0.98～1.25)；

确定螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩公式，所述栓体力矩公式为：

ρ＝arctanμ_v

其中，T₂表示螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩，F表示螺栓的预紧力，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，μ_v表示螺栓的螺纹当量摩擦系数；

基于所述目标摩擦力矩公式和所述栓体力矩公式，生成预设螺栓结构预紧力计算公式，所述预设螺栓结构预紧力计算公式为：

T＝T₁+T₂

其中，F表示螺栓结构预紧力，K表示拧紧力矩系数，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子。

可选的，所述预紧力生成模块501，还用于：

基于所述预设螺栓结构预紧力计算公式确定所述螺栓结构的残余预紧力计算公式，所述螺栓结构的残余预紧力计算公式的计算公式为：

其中，F₁表示残余预紧力，F₀表示螺栓轴向工作载荷，C_m表示被连接件的刚度、C_b表示被连接件的螺栓刚度。

可选的，所述预紧力生成模块501，还用于：

基于所述目标摩擦力矩公式、所述预设螺栓结构预紧力公式、栓体力矩公式及螺栓的拧紧力矩公式，生成目标螺栓结构预紧力公式，所述目标螺栓结构预紧力公式为：

其中，F表示螺栓结构预紧力，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，Q表示螺栓参数相关的常数，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角；

将所述当前垫圈参数值带入所述目标螺栓结构预紧力公式，生成实际预紧力。

可选的，所述预设连接件失效判定条件为：

且

其中，F″表示实际预紧力，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d表示连接的孔径，[p]表示被连接件材料的许用压强，S_栓头表示螺栓栓头的面积。

可选的，还包括参数调整模块，用于：

在所述实际预紧力不满足所述预设连接件失效判定条件时，调整所述当前垫圈参数值；

所述预紧力生成模块501，用于：

，基于所述调整后的垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成调整后的实际预紧力；

所述垫圈调控模块502，用于：

确定所述调整后的实际预紧力是否满足所述预设连接件失效判定条件。

可选的，所述垫圈为平垫圈；所述连接件为复合材料。

本实施例所述的基于预紧力的垫圈调控装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果是类似，此处不再赘述。

参照图6，所述电子设备，包括：处理器(processor)601、存储器(memory)602和总线603；

其中，

所述处理器601和存储器602通过所述总线603完成相互间的通信；

所述处理器601用于调用所述存储器602中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法。

本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法。

本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于预紧力的垫圈调控方法，其特征在于，包括：

获取当前垫圈参数值，基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，其中，所述垫圈参数值包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度；

确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在所述实际预紧力满足所述预设连接件失效判定条件时，基于所述当前垫圈参数值调控垫圈；

在所述实际预紧力不满足所述预设连接件失效判定条件时，调整所述当前垫圈参数值，得到调整后的垫圈参数值，基于所述调整后的垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成调整后的实际预紧力，并确定所述调整后的实际预紧力是否满足所述预设连接件失效判定条件。

2.根据权利要求1所述的基于预紧力的垫圈调控方法，其特征在于，还包括：

基于垫圈厚度乘式因子确定目标摩擦力矩公式，所述目标摩擦力矩公式为：

其中，T₁表示垫圈在螺栓预紧或负载工况下的摩擦力矩，F表示螺栓结构预紧力，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，t表示垫圈厚度，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，a∈(-70～-10)、b∈(0.98～1.25)；

确定螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩公式，所述栓体力矩公式为：

ρ＝arctanμ_v

其中，T₂表示螺栓在预紧或负载工况下的栓体力矩，F表示螺栓结构预紧力，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，μ_v表示螺栓的螺纹当量摩擦系数；

基于所述目标摩擦力矩公式和所述栓体力矩公式，生成预设螺栓结构预紧力计算公式，所述预设螺栓结构预紧力计算公式为：

T＝T₁+T₂

其中，F表示螺栓结构预紧力，K表示拧紧力矩系数，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角，φ(t)表示垫圈厚度乘式因子。

3.根据权利要求2所述的基于预紧力的垫圈调控方法，其特征在于，所述基于所述目标摩擦力矩公式和所述栓体力矩公式，生成预设螺栓结构预紧力计算公式之后，还包括：

基于所述预设螺栓结构预紧力计算公式确定所述螺栓结构的残余预紧力计算公式，所述螺栓结构的残余预紧力计算公式为：

其中，F₁表示残余预紧力，F₀表示螺栓轴向工作载荷，C_m表示被连接件的刚度、C_b表示被连接件的螺栓刚度。

4.根据权利要求2所述的基于预紧力的垫圈调控方法，其特征在于，所述基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，包括：

基于所述目标摩擦力矩公式、所述预设螺栓结构预紧力计算公式、栓体力矩公式及螺栓的拧紧力矩公式，生成目标螺栓结构预紧力公式，所述目标螺栓结构预紧力公式为：

其中，F表示螺栓结构预紧力，T表示螺栓的拧紧力矩，μ表示垫圈粗糙度，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，a表示垫圈厚度乘式因子的第一常数，b表示垫圈厚度乘式因子的第二常数，Q表示螺栓参数相关的常数，d₂表示螺栓的螺纹的中径，α表示螺栓的螺纹的升角，ρ表示当量摩擦角；

将所述当前垫圈参数值带入所述目标螺栓结构预紧力公式，生成实际预紧力。

5.根据权利要求1所述的基于预紧力的垫圈调控方法，其特征在于，所述预设连接件失效判定条件为：

且

其中，F″表示实际预紧力，D₁表示螺母与垫圈支撑面接触的最大直径，D₂表示垫圈内径，d表示连接的孔径，[p]表示被连接件材料的许用压强，S_栓头表示螺栓栓头的面积。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于预紧力的垫圈调控方法，其特征在于，所述垫圈为平垫圈；所述连接件为复合材料。

7.一种基于预紧力的垫圈调控装置，其特征在于，包括预紧力生成模块和垫圈调控模块，其中：

所述预紧力生成模块，用于获取当前垫圈参数值，基于所述当前垫圈参数值和预设螺栓结构预紧力计算公式，生成实际预紧力，其中，所述垫圈参数值包括垫圈表面粗糙度、垫圈内径和垫圈厚度；

所述垫圈调控模块，用于确定所述实际预紧力是否满足预设连接件失效判定条件，并在所述实际预紧力满足所述预设连接件失效判定条件时，基于所述当前垫圈参数值调控垫圈。

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一所述的基于预紧力的垫圈调控方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述的基于预紧力的垫圈调控方法。

Images