螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法及装置、存储介质与流程

1.本技术涉及有限元仿真技术领域，尤其是涉及到一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法及装置、存储介质、计算机设备。


背景技术：

2.现今压缩机装置正在朝着大型化不断发展，但是由于当前加工能力有限，对于压缩机装置中的超大型转子不得不通过分段加工、螺栓把合的方式加以制造。早期的转子动力学分析中通常忽略连接结构对转子动力特性的影响，但实际运行中发现，螺栓把合结构的结构参数以及螺栓预紧力等都会直接影响螺栓把合结构的连接刚度，最终影响螺栓把合结构的安全性和功能性，因而准确地量化评估螺栓把合结构转子的连接刚度十分必要。
3.目前，评估螺栓把合结构连接刚度的方法主要包括等效弹簧法、虚拟材料法等。其中，等效弹簧法是采用弹簧元件表征连接界面的刚度特性，主要考虑轴向拉压对刚度的影响；虚拟材料法借助薄层单元模拟螺栓连接界面，主要考虑结构参数与载荷对角向刚度的影响。从以上成果可知，目前的研究成果都是间接的求解螺栓把合结构的连接刚度特性，计算复杂，且考虑不全面，准确性较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法及装置、存储介质、计算机设备，可以高效简便地确定螺栓把合结构转子连接的刚度，同时准确性更高。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法，包括：
6.按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分，得到待分析三维模型，其中，所述三维模型包括被把合部件以及把合螺栓；
7.基于所述待分析三维模型，确定所述螺栓把合结构的固定面，并通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩；
8.依据所述支反力以及所述支反力矩，确定所述螺栓把合结构的转子连接刚度。
9.可选地，所述基于所述待分析三维模型，确定所述螺栓把合结构的固定面，并通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩，具体包括：
10.将受所述把合螺栓作用的所述被把合部件中的任一非接触面作为所述固定面，确定所述固定面对应的全部节点，在所述固定面对应的全部节点施加固定约束，并将所述待分析三维模型中的另一非接触面作为加载面，在所述加载面施加单位位移以及单位扭转角，在所述把合螺栓上施加预设预紧力，通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩。
11.可选地，所述在所述加载面施加单位位移以及单位扭转角，具体包括：
12.确定所述加载面对应的全部节点，并基于预设载荷步对所述加载面对应的全部节
点分别施加所述单位位移以及所述单位扭转角。
13.可选地，所述依据所述支反力以及所述支反力矩，确定所述螺栓把合结构的转子连接刚度，具体包括：
14.依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度。
15.可选地，所述按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分之前，所述方法还包括：
16.基于所述螺栓把合结构对应的二维几何模型，提取所述二维几何模型的几何参数，并依据所述几何参数，构建所述螺栓把合结构对应的三维模型。
17.可选地，所述依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度之后，所述方法还包括：
18.基于所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度以及弯曲刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度，并依据所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度以及预设需求刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的安全裕度。
19.根据本技术的另一方面，提供了一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定装置，包括：
20.网格划分模块，用于按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分，得到待分析三维模型，其中，所述三维模型包括被把合部件以及把合螺栓；
21.计算模块，用于基于所述待分析三维模型，确定所述螺栓把合结构的固定面，并通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩；
22.刚度确定模块，用于依据所述支反力以及所述支反力矩，确定所述螺栓把合结构的转子连接刚度
23.可选地，所述计算模块，具体用于：
24.将受所述把合螺栓作用的所述被把合部件中的任一非接触面作为所述固定面，确定所述固定面对应的全部节点，在所述固定面对应的全部节点施加固定约束，并将所述待分析三维模型中的另一非接触面作为加载面，在所述加载面施加单位位移以及单位扭转角，在所述把合螺栓上施加预设预紧力，通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩。
25.可选地，所述计算模块，具体还用于：
26.确定所述加载面对应的全部节点，并基于预设载荷步对所述加载面对应的全部节点分别施加所述单位位移以及所述单位扭转角。
27.可选地，所述刚度确定模块，具体用于：
28.依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度。
29.可选地，所述装置还包括：
30.模型生成模块，用于所述按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模
型进行网格划分之前，基于所述螺栓把合结构对应的二维几何模型，提取所述二维几何模型的几何参数，并依据所述几何参数，构建所述螺栓把合结构对应的三维模型。
31.可选地，所述装置还包括：
32.安全裕度确定模块，用于所述依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度之后，基于所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度以及弯曲刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度，并依据所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度以及预设需求刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的安全裕度。
33.依据本技术又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法。
34.依据本技术再一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法。
35.借由上述技术方案，本技术提供的一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法及装置、存储介质、计算机设备，首先可以对螺栓把合结构对应的三维模型按照预设网格划分规则进行划分，划分后可以得到与螺栓把合结构对应的待分析三维模型。接着，以待分析三维模型为基础，将螺栓把合结构中受螺栓把合作用的非接触面中的任意一个作为固定面，之后通过仿真计算确定该固定面对应的支反力和支反力矩。计算得到固定面对应的支反力和支反力矩后，可以以支反力和支反力矩为基础，进一步确定螺栓把合结构转子连接刚度。本技术实施例通过有限元仿真计算的方式直接确定螺栓把合结构转子连接刚度，无需间接等效为弹簧链接单元以及薄层单元，可以高效简便地确定螺栓把合结构转子连接的刚度，同时三维模型中包括被把合部件和把合螺栓，考虑更全面、准确性更高，进而避免了螺栓把合结构转子因连接刚度不足发生的振动问题，为转子的动力特性分析提供精确的数据支持。
36.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
37.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
38.图1示出了本技术实施例提供的一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法的流程示意图；
39.图2示出了本技术实施例提供的另一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法的流程示意图；
40.图3示出了本技术实施例提供的一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
41.下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.在本实施例中提供了一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法，如图1所示，该方法包括：
43.步骤101，按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分，得到待分析三维模型，其中，所述三维模型包括被把合部件以及把合螺栓；
44.本技术实施例的螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法，主要通过仿真分析软件实现。仿真软件界面中可以包括已经存在的与螺栓把合结构相对应的三维模型，该三维模型中具体可以包括被把合部件和把合螺栓。首先可以按照预设网格划分规则对该三维模型进行划分，划分后可以得到与螺栓把合结构对应的待分析三维模型。
45.步骤102，基于所述待分析三维模型，确定所述螺栓把合结构的固定面，并通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩；
46.在该实施例中，确定螺栓把合结构转子连接刚度前，需要先确定螺栓把合结构中固定面对应的支反力和支反力矩。因而，可以以待分析三维模型为基础，将螺栓把合结构中受把合螺栓把合作用的非接触面中的任意一个作为固定面，之后通过仿真计算确定该固定面对应的支反力和支反力矩。在这里，非接触面指的是不与螺栓把合结构中其他部件相接触的面。
47.步骤103，依据所述支反力以及所述支反力矩，确定所述螺栓把合结构的转子连接刚度。
48.在该实施例中，计算得到固定面对应的支反力和支反力矩后，可以以支反力和支反力矩为基础，进一步确定螺栓把合结构的转子连接刚度。
49.通过应用本实施例的技术方案，首先可以对螺栓把合结构对应的三维模型按照预设网格划分规则进行划分，划分后可以得到与螺栓把合结构对应的待分析三维模型。接着，以待分析三维模型为基础，将螺栓把合结构中受螺栓把合作用的非接触面中的任意一个作为固定面，之后通过仿真计算确定该固定面对应的支反力和支反力矩。计算得到固定面对应的支反力和支反力矩后，可以以支反力和支反力矩为基础，进一步确定螺栓把合结构转子连接刚度。本技术实施例通过有限元仿真计算的方式直接确定螺栓把合结构转子连接刚度，无需间接等效为弹簧链接单元以及薄层单元，可以高效简便地确定螺栓把合结构转子连接的刚度，同时三维模型中包括被把合部件和把合螺栓，考虑更全面、准确性更高，进而避免了螺栓把合结构转子因连接刚度不足发生的振动问题，为转子的动力特性分析提供精确的数据支持。
50.进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的具体实施过程，提供了另一种螺栓把合结构转子连接刚度的方法，如图2所示，该方法包括：
51.步骤201，基于所述螺栓把合结构对应的二维几何模型，提取所述二维几何模型的几何参数，并依据所述几何参数，构建所述螺栓把合结构对应的三维模型；
52.在该实施例中，可以以螺栓把合结构的二维几何模型为基础，从二维几何模型中提取出不同部分对应的几何参数，在这里，几何参数可以包括结构尺寸参数、装配顺序等，
之后根据这些几何参数自动构建出螺栓把合结构对应的三维模型。
53.步骤202，按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分，得到待分析三维模型，其中，所述三维模型包括被把合部件以及把合螺栓；
54.步骤203，将受所述把合螺栓作用的所述被把合部件中的任一非接触面作为所述固定面，确定所述固定面对应的全部节点，在所述固定面对应的全部节点施加固定约束，并将所述待分析三维模型中的另一非接触面作为加载面，在所述加载面施加单位位移以及单位扭转角，在所述把合螺栓上施加预设预紧力，通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩；
55.在该实施例中，可以按照预设网格划分规则对该三维模型进行划分，划分后可以得到与螺栓把合结构对应的待分析三维模型。在这里，预设网格划分规则可以是按照具有二阶形函数的十六节点六面体单元进行有限元网格划分。之后将待分析三维模型中受把合螺栓作用的被把合部件中的任意一个非接触面作为螺栓把合结构对应的固定面，对该固定面施加固定约束。具体可以找到该固定面上的全部节点，对这些节点全部施加固定约束。接着，可以将三维模型中受把合螺栓把合作用的另一个非接触面作为单位位移和单位扭转角的加载面，可以在该加载面上施加单位位移和单位扭转角，并在待分析三维模型的把合螺栓上施加预设预紧力。当螺栓把合结构上被施加固定约束、单位位移、单位扭转角，且把合螺栓上被施加预设预紧力后，可以通过仿真计算得到螺栓把合结构的固定面对应的支反力和支反力矩。
56.步骤204，依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度；
57.在该实施例中，计算得到螺栓把合结构的固定面对应的支反力和支反力矩后，可以通过支反力除以在加载面施加的单位位移，得到螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并通过支反力矩除以加载面施加的单位扭转角，得到螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度。
58.步骤205，基于所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度以及弯曲刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度，并依据所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度以及预设需求刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的安全裕度。
59.在该实施例中，可以进一步根据螺栓把合结构转子连接的横向刚度和弯曲刚度，计算出对应的等效刚度。此外还可以预设一个需求刚度，即能够保证该螺栓把合结构连接安全的最小刚度，之后以等效刚度和预设需求刚度为基础，计算螺栓把合结构转子连接的安全裕度，具体可以通过等效刚度除以预设需求刚度得到该安全裕度。本技术通过螺栓把合结构对应的等效刚度和预设需求刚度，可以计算出对应的安全裕度，可以方便快捷地知晓螺栓把合结构的安全性。
60.可选地，步骤203中所述“在所述加载面施加单位位移以及单位扭转角”，具体包括：确定所述加载面对应的全部节点，并基于预设载荷步对所述加载面对应的全部节点分别施加所述单位位移以及所述单位扭转角。
61.在该实施例中，在对加载面施加单位位移和单位扭转角时，可以先确定加载面对应的所有节点，接着，按照预设载荷步分别对这些节点施加单位位移和单位扭转角，以保证通过仿真计算得到的支反力和支反力矩是正确的。
62.可选地，步骤201具体可以包括：基于所述螺栓把合结构中各部件以及所述把合螺栓对应的二维几何模型；分别提取所述二维几何模型的几何参数，并基于所述几何参数，构建所述螺栓把合结构中各部件以及所述把合螺栓对应的三维模型；依据所述螺栓把合结构中各部件以及所述把合螺栓对应的三维模型，构建所述螺栓把合结构对应的所述三维模型，其中，所述螺栓把合结构中部件包括至少两个。
63.在该实施例中，螺栓把合结构可以包括不同部件以及把合螺栓。可以先基于螺栓把合结构中不同部件和把合螺栓对应的二维几何模型，分别从这些二维几何模型中提取出螺栓把合结构中各部件和把合螺栓的几何参数，并通过这些几何参数，分别构建每个部件和把合螺栓对应的三维模型，其中，二维几何模型可以是三视图模型。接着，以这些部件和把合螺栓的三维模型为基础进行组装，得到螺栓把合结构对应的三维模型。本技术实施例通过二维几何模型构建螺栓把合结构对应的三维模型，有效减小了建模的难度，使得三维模型的建立更加方便快捷。
64.进一步的，作为图1方法的具体实现，本技术实施例提供了一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定装置，如图3所示，该装置包括：
65.网格划分模块，用于按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分，得到待分析三维模型，其中，所述三维模型包括被把合部件以及把合螺栓；
66.计算模块，用于基于所述待分析三维模型，确定所述螺栓把合结构的固定面，并通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩；
67.刚度确定模块，用于依据所述支反力以及所述支反力矩，确定所述螺栓把合结构的转子连接刚度。
68.可选地，所述计算模块，具体用于：
69.将受所述把合螺栓作用的所述被把合部件中的任一非接触面作为所述固定面，确定所述固定面对应的全部节点，在所述固定面对应的全部节点施加固定约束，并将所述待分析三维模型中的另一非接触面作为加载面，在所述加载面施加单位位移以及单位扭转角，在所述把合螺栓上施加预设预紧力，通过仿真计算得到所述固定面对应的支反力以及支反力矩。
70.可选地，所述计算模块，具体还用于：
71.确定所述加载面对应的全部节点，并基于预设载荷步对所述加载面对应的全部节点分别施加所述单位位移以及所述单位扭转角。
72.可选地，所述刚度确定模块，具体用于：
73.依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度。
74.可选地，所述装置还包括：
75.模型生成模块，用于所述按照预设网格划分规则对与螺栓把合结构对应的三维模型进行网格划分之前，基于所述螺栓把合结构对应的二维几何模型，提取所述二维几何模型的几何参数，并依据所述几何参数，构建所述螺栓把合结构对应的三维模型。
76.可选地，所述装置还包括：
77.安全裕度确定模块，用于所述依据所述支反力以及所述单位位移，确定所述螺栓
把合结构转子连接的横向刚度，并依据所述支反力矩以及所述单位扭转角，确定所述螺栓把合结构转子连接的弯曲刚度之后，基于所述螺栓把合结构转子连接的横向刚度以及弯曲刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度，并依据所述螺栓把合结构转子连接的等效刚度以及预设需求刚度，确定所述螺栓把合结构转子连接的安全裕度。
78.需要说明的是，本技术实施例提供的一种螺栓把合结构转子连接刚度的确定装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图1至图2方法中的对应描述，在此不再赘述。
79.基于上述如图1至图2所示方法，相应的，本技术实施例还提供了一种存储介质，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如图1至图2所示的螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法。
80.基于这样的理解，本技术的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，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)执行本技术各个实施场景所述的方法。
81.基于上述如图1至图2所示的方法，以及图3所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本技术实施例还提供了一种计算机设备，具体可以为个人计算机、服务器、网络设备等，该计算机设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1至图2所示的螺栓把合结构转子连接刚度的确定方法。
82.可选地，该计算机设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(radio frequency，rf)电路，传感器、音频电路、wi-fi模块等等。用户接口可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)等，可选用户接口还可以包括usb接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如蓝牙接口、wi-fi接口)等。
83.本领域技术人员可以理解，本实施例提供的一种计算机设备结构并不构成对该计算机设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
84.存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理和保存计算机设备硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现存储介质内部各组件之间的通信，以及与该实体设备中其它硬件和软件之间通信。
85.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本技术可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。首先可以对螺栓把合结构对应的三维模型按照预设网格划分规则进行划分，划分后可以得到与螺栓把合结构对应的待分析三维模型。接着，以待分析三维模型为基础，将螺栓把合结构中受螺栓把合作用的非接触面中的任意一个作为固定面，之后通过仿真计算确定该固定面对应的支反力和支反力矩。计算得到固定面对应的支反力和支反力矩后，可以以支反力和支反力矩为基础，进一步确定螺栓把合结构转子连接刚度。本技术实施例通过有限元仿真计算的方式直接确定螺栓把合结构转子连接刚度，无需间接等效为弹簧链接单元以及薄层单元，可以高效简便地确定螺栓把合结构转子连接的刚度，同时三维模型中包括被把合部件和把合螺栓，考虑更全面、准确性更高，进而避免了螺栓把合结构转子因连接刚度不足发生的振动问题，为转子的动力特性分析提供精确的数据支持。
86.本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或
流程并不一定是实施本技术所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
87.上述本技术序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本技术的几个具体实施场景，但是，本技术并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本技术的保护范围。