螺纹连接部件的有限元建模方法、装置和计算机设备与流程

本技术涉及螺纹连接结构，特别是涉及一种螺纹连接部件的有限元建模方法、装置和计算机设备。

背景技术：

1、螺纹连接因具有安装和拆卸方便、制造简单、互换性强和外形尺寸小等优点，在机械设备上得到了广泛使用。但螺纹连接部件常常处于振动或冲击等工况之下，使得螺纹连接部件容易出现松动，严重影响机械产品的可靠性，因此，有必要对螺纹连接部件的防松性能开展相关研究。

2、为便于研究，需要对螺纹连接部件进行仿真建模，从而对螺纹连接部件的防松性能进行仿真分析。因此，如何使用有限元方法对螺纹连接部件进行有效建模成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种螺纹连接部件的有限元建模方法、装置和计算机设备，能够构建螺纹连接部件规则分布的六面体网格，提高了有限元建模的速率和精度。

2、第一方面，本技术提供一种螺纹连接部件的有限元建模方法，包括：

3、获取待建模的螺纹连接部件的螺纹参数；

4、基于螺纹参数和预设的网格划分参数，构建螺纹连接部件的初始有限元模型；初始有限元模型包括多个规则分布的六面体网格；

5、对初始有限元模型中的网格节点坐标进行调整，得到螺纹连接部件的目标有限元模型。

6、在其中一些实施例中，基于螺纹参数和预设的网格划分参数，构建螺纹连接部件的初始有限元模型，包括：

7、根据螺纹参数，构建螺纹连接部件对应的三维圆柱体模型；

8、按照网格划分参数，对三维圆柱体模型进行网格划分处理，得到螺纹连接部件的初始有限元模型。

9、在其中一些实施例中，网格划分参数包括径向划分层数、轴向划分层数和周向划分层数；

10、按照网格划分参数，对三维圆柱体模型进行网格划分处理，包括：

11、按照径向划分层数、轴向划分层数和周向划分层数将三维圆柱体模型划分成结构化网格，得到螺纹连接部件的初始有限元模型。

12、在其中一些实施例中，螺纹连接部件包括螺母和/或螺栓，螺栓包括螺栓头部和螺栓杆部，螺栓杆部包括螺纹杆部；

13、若螺纹连接部件包括螺母，则螺纹参数包括：内螺纹大径、内螺纹中径、内螺纹小径、第一螺距、第一螺纹总高度、螺母外径；

14、若螺纹连接部件包括螺栓，则螺纹参数包括：外螺纹大径、外螺纹中径、外螺纹小径、第二螺距、第二螺纹总高度、螺栓头部厚度、螺栓头部直径。

15、在其中一些实施例中，若螺纹连接部件包括螺母，则对应的初始有限元模型包括初始螺母模型，目标有限元模型包括目标螺母模型，且初始螺母模型和目标螺母模型中的网格节点一一对应；

16、则对初始有限元模型中的网格节点坐标进行调整，得到螺纹连接部件的目标有限元模型，包括：

17、确定初始螺母模型中的第一内层节点初始坐标、第一中间层节点初始坐标、第一外层节点初始坐标和第一螺纹牙曲面函数；第一螺纹牙曲面函数用于描述目标螺母模型中内螺纹表面上任一网格节点的轴向高度、方位角和轴心距之间的关系；

18、根据第一内层节点初始坐标和第一螺纹牙曲面函数，确定目标螺母模型中对应的第一内层节点目标坐标；

19、根据第一内层节点初始坐标、第一外层节点初始坐标和第一螺纹牙曲面函数，获取目标螺母模型中对应的第一中间层节点轴心距；

20、根据第一中间层节点初始坐标和第一中间层节点轴心距，确定目标螺母模型中对应的第一中间层节点目标坐标；

21、将初始螺母模型中的第一内层节点初始坐标调整为第一内层节点目标坐标，将初始螺母模型中的第一中间层节点初始坐标调整为第一中间层节点目标坐标，得到目标螺母模型。

22、在其中一些实施例中，根据第一内层节点初始坐标和第一螺纹牙曲面函数，确定目标螺母模型中对应的第一内层节点目标坐标，包括：

23、根据第一内层节点初始坐标，确定初始螺母模型中内层网格节点在预设的第一空间坐标系中的第一内层节点方位角；

24、根据第一内层节点初始坐标和第一内层节点方位角，通过第一螺纹牙曲面函数确定目标螺母模型中对应的第一内层节点轴心距；

25、根据第一内层节点方位角、第一内层轴心距和第一内层节点初始坐标，确定第一内层节点目标坐标。

26、在其中一些实施例中，根据第一内层节点初始坐标、第一外层节点初始坐标和第一螺纹牙曲面函数，获取目标螺母模型中对应的第一中间层节点轴心距，包括：

27、根据第一内层节点初始坐标，计算初始螺母模型中内层网格节点在预设的第一空间坐标系中的第一内层节点方位角，根据第一外层节点初始坐标计算初始螺母模型中外层网格节点在预设的第一空间坐标系中的第一外层节点方位角；

28、根据第一内层节点初始坐标和第一内层节点方位角，通过第一螺纹牙曲面函数确定目标螺母模型中对应的第一内层节点轴心距，根据第一外层节点初始坐标和第一外层节点方位角，通过第一螺纹牙曲面函数确定目标螺母模型中对应的第一外层节点轴心距；

29、根据第一内层节点轴心距和第一外层节点轴心距，采用线性插值算法确定目标螺母模型中对应的第一中间层节点轴心距。

30、在其中一些实施例中，若螺纹连接部件包括螺栓，则对应的初始有限元模型包括初始螺栓模型，目标有限元模型包括目标螺栓模型，且初始螺栓模型和目标螺栓模型中的网格节点一一对应；

31、则对初始有限元模型中的网格节点坐标进行调整，得到螺纹连接部件的目标有限元模型，包括：

32、确定初始螺栓模型中螺纹杆部外侧部分的第二外层节点初始坐标、第二中间层节点初始坐标、第二内层节点初始坐标和第二螺纹牙曲面函数；螺纹杆部外侧部分是基于外螺纹小径确定的，第二螺纹牙曲面函数用于描述目标螺栓模型中螺纹杆部外螺纹表面上任一网格节点的轴向高度、方位角和轴心距之间的关系；

33、根据第二外层节点初始坐标和第二螺纹牙曲面函数，确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二外层节点目标坐标；

34、根据第二外层节点初始坐标、第二内层节点初始坐标和第二螺纹牙曲面函数，获取目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二中间层节点轴心距；

35、根据第二中间层节点初始坐标和第二中间层节点轴心距，确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二中间层节点目标坐标；

36、将初始螺栓模型中螺纹杆部外侧部分的第二外层节点初始坐标调整为第二外层节点目标坐标，将初始螺栓模型中螺纹杆部外侧部分的第二中间层节点初始坐标调整为第二中间层节点目标坐标，得到目标螺栓模型。

37、在其中一些实施例中，根据第二外层节点初始坐标和第二螺纹牙曲面函数，确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二外层节点目标坐标，包括：

38、根据第二外层节点初始坐标，确定初始螺栓模型中螺纹杆部外侧部分的外层网格节点在预设的第二空间坐标系中的第二外层节点方位角；

39、根据第二外层节点初始坐标和第二外层节点方位角，通过第二螺纹牙曲面函数确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二外层节点轴心距；

40、根据第二外层节点方位角、第二外层节点轴心距和第二外层节点初始坐标，确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二外层节点目标坐标。

41、在其中一些实施例中，根据第二外层节点初始坐标、第二内层节点初始坐标和第二螺纹牙曲面函数，获取目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二中间层节点轴心距，包括：

42、根据第二外层节点初始坐标，计算初始螺栓模型中螺纹杆部外侧部分的内层网格节点在预设的第二空间坐标系中的第二外层节点方位角，根据第二内层节点初始坐标计算初始螺栓模型中螺纹杆部外侧部分的外层网格节点在预设的第二空间坐标系中的第二内层节点方位角；

43、根据第二外层节点初始坐标和第二外层节点方位角，通过第二螺纹牙曲面函数确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二外层节点轴心距，根据第二内层节点初始坐标和第二内层节点方位角，通过第二螺纹牙曲面函数确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二内层节点轴心距；

44、根据第二外层节点轴心距和第二内层节点轴心距，采用线性插值算法确定目标螺栓模型中螺纹杆部外侧部分对应的第二中间层轴心距。

45、第二方面，本技术提供一种螺纹连接部件的有限元建模装置，包括：

46、参数获取模块，用于获取待建模的螺纹连接部件的螺纹参数；

47、建模模块，用于基于螺纹参数和预设的网格划分参数，构建螺纹连接部件的初始有限元模型；初始有限元模型包括多个规则分布的六面体网格；

48、调整模块，用于对初始有限元模型中的网格节点坐标进行调整，得到螺纹连接部件的目标有限元模型。

49、第三方面，本技术提供了一种计算机设备，该设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器从存储器中调用并执行计算机程序时实现上述第一方面中任一项所示的螺纹连接部件的有限元建模方法的步骤。

50、第四方面，本技术提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所示的螺纹连接部件的有限元建模方法的步骤。

51、第五方面，本技术提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所示的螺纹连接部件的有限元建模方法的步骤。

52、本技术提供的技术方案至少可以达到以下有益效果：

53、本技术提供的螺纹连接部件的有限元建模方法、装置和计算机设备，通过获取待建模的螺纹连接部件的螺纹参数，然后基于螺纹参数和预设的网格划分参数，构建螺纹连接部件的初始有限元模型，进而对初始有限元模型中的网格节点坐标进行调整，得到螺纹连接部件的目标有限元模型。其中，构建的初始有限元模型包括多个规则分布的六面体网格。由此可见，本技术并非基于螺纹参数，对螺纹连接部件直接进行一体化建模，而是先根据螺纹连接部件的螺纹参数，构建包括多个规则分布的六面体网格的初始有限元模型，然后对初始有限元模型中的网格节点坐标进行调整，得到目标有限元模型。如此，通过先快速构建初始有限元模型，再细化调整网格节点坐标的方式，使得构建的目标有限元模型中的六面体网格分布均匀，网格质量较高，能够准确反映螺纹连接部件的真实几何形貌，从而提高了螺纹连接部件的建模速率和建模精度。