記得群里一位前輩說過：使用有限元進(jìn)行力學(xué)分析的優(yōu)點(diǎn)是能夠得到結(jié)構(gòu)各處詳細(xì)的應(yīng)力分布，但是缺點(diǎn)也是如此。
力學(xué)分析強(qiáng)調(diào)的是突出主要矛盾，當(dāng)對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)背后的工程問題不了解時(shí)，盲目去進(jìn)行有限元分析，雖然能夠得到各種云圖和曲線結(jié)果，但是卻不知道參考哪些結(jié)果，參考哪些位置的結(jié)果，按照什么準(zhǔn)則進(jìn)行參考，甚至不知道如何判斷計(jì)算結(jié)果是否合理。
因此，在探索如何使用CAE分析工具處理和校核螺紋連接之前，首先需要了解工程校核中對(duì)于螺紋連接一般需要考慮哪些內(nèi)容，這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以幫助我們更加全面深入地了解螺紋連接的要點(diǎn)。
文章主要參考書籍：《螺紋緊固件聯(lián)接工程》-酒井智次。
為了讓螺栓起到正常的連接作用，首先需要將螺栓擰緊，使得被連接件緊密相連。在這個(gè)過程中，如果單獨(dú)拿出螺栓部分，可以觀察到螺栓主要受到兩種載荷作用：
軸向預(yù)緊力載荷大家相對(duì)比較容易理解，螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)通過螺紋使得螺栓桿產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)（斜面原理），這樣螺栓由于伸長(zhǎng)會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生拉力載荷，當(dāng)拉力載荷達(dá)到我們預(yù)期的夾緊程度時(shí)會(huì)稱為預(yù)緊力F。
螺紋扭矩載荷產(chǎn)生的原因是由于：螺栓預(yù)緊過程中，螺母和螺栓的嚙合螺紋之間會(huì)產(chǎn)生較大的接觸壓力，而接觸壓力fN的作用會(huì)直接導(dǎo)致沿著螺紋嚙合方向摩擦力fs的產(chǎn)生，由于摩擦力是繞著螺栓圓周分布，因此會(huì)產(chǎn)生扭矩載荷Ts，而Ts（螺紋扭矩）=T（施加扭矩）-Tw（支撐面扭矩）
此時(shí)螺栓桿表面的等效應(yīng)力σeq的計(jì)算包含：
①預(yù)緊力F產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ
②螺紋扭矩Ts產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ
如果這個(gè)過程中螺栓主要表面發(fā)生了屈服，那么軸向預(yù)緊力F和施加扭矩T將出現(xiàn)非線性關(guān)系，因此
使用扭矩法擰緊螺栓時(shí)，必須避免螺栓主要表面的屈服
，并且一旦表面發(fā)生屈服，螺栓在后續(xù)受載繼續(xù)產(chǎn)生塑性變形的話，非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)較容易產(chǎn)生。
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對(duì)于施加預(yù)緊的螺栓需要滿足：
螺栓光桿表面應(yīng)力＜材料屈服強(qiáng)度（不發(fā)生塑性變形）
現(xiàn)在假設(shè)螺栓受到大小為P的軸向載荷（被連接件未發(fā)生分離），結(jié)合之前的文章，
外載實(shí)際是同時(shí)由螺栓和被連接件共同分擔(dān)，如圖所示：
其中Φ為內(nèi)力系數(shù)=KB/(KB+KC)，表示螺栓剛度占
螺栓連接體系剛度的比率；FB表示螺栓軸力；FC表示被連接件夾緊力。
對(duì)應(yīng)地會(huì)產(chǎn)生螺栓正應(yīng)力σ和切應(yīng)力τ
按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和VDI2230校核要求，對(duì)于承受軸力載荷的螺栓需要滿足：
螺栓光桿表面應(yīng)力＜材料屈服強(qiáng)度（不發(fā)生塑性變形）
同時(shí)可以觀察到，只要被連接件還處在被壓緊（未分離）的狀態(tài)，大部分軸向外載荷實(shí)際都是由被連接件分擔(dān)，也就是說：
如果螺栓受到軸向循環(huán)載荷作用，螺栓中的應(yīng)力波動(dòng)只有Φ*P，而
對(duì)于螺栓疲勞問題而言，波動(dòng)幅值的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均應(yīng)力水平，因此：
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對(duì)于螺栓的拉伸疲勞問題需要滿足：
①被連接件夾緊力＞0（被連接件不發(fā)生分離）
②螺栓應(yīng)力幅＜螺栓拉伸疲勞極限（不發(fā)生拉伸疲勞）
【需要注意一點(diǎn)，
螺栓的拉伸疲勞極限不僅僅是指對(duì)應(yīng)材料的疲勞極限，而是考慮缺陷，應(yīng)力集中等因素（缺口系數(shù)）共同影響的疲勞極限值
】
假設(shè)軸向載荷P較大，使得被連接件發(fā)生分離，如圖所示：
則此時(shí)所有的外載增量都會(huì)疊加到螺栓上，而螺紋扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也會(huì)衰減甚至消失，螺栓主要受到的載荷為軸向拉力P
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對(duì)于單次軸向過載需要滿足：
螺栓拉應(yīng)力＜材料抗拉強(qiáng)度（不發(fā)生拉伸斷裂）
現(xiàn)在假設(shè)螺栓連接在切向受到大小為Q的軸向載荷（未發(fā)生滑移），根據(jù)之前的文章，被連接件表面由于夾緊力的作用會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力，如圖所示：
剪切載荷小于被連接件之間的摩擦系數(shù)時(shí)，被連接件不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移，
螺栓的軸向預(yù)緊力也不會(huì)受到太大影響，因此螺栓主要受到的載荷為：
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對(duì)于承受切向循環(huán)載荷的螺栓需要滿足：
當(dāng)被連接件不發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，反復(fù)橫向剪切作用下，螺栓的旋轉(zhuǎn)松動(dòng)也不會(huì)發(fā)生，因此
一般會(huì)根據(jù)該準(zhǔn)則來選擇最小的軸向預(yù)緊力載荷。
如果橫向剪切力使得被連接件發(fā)生較大滑移，但是是一次性的，那么由于滑移作用的產(chǎn)生會(huì)直接導(dǎo)致螺栓產(chǎn)生大的彎曲變形，此時(shí)預(yù)緊力會(huì)部分或者全部衰減，螺栓主要受力為剪切力Q
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對(duì)于單次切向過載需要滿足：
螺栓剪切應(yīng)力＜材料剪切強(qiáng)度（不發(fā)生剪切斷裂）
按照上述分析內(nèi)容，如果螺栓同時(shí)受到軸向和切向荷載的作用：
由于在被連接件未滑移之前，切向載荷都被連接截面的摩擦力抵消掉，因此螺栓的應(yīng)力校核與未受切向載荷時(shí)候相同。
但是，由于軸向載荷會(huì)使得夾緊力減小為FC，因此需要通過剩余預(yù)緊力得到的界面摩擦力來計(jì)算需要提供的螺栓預(yù)緊力。
來源于：仿真求知之路 作者：聰聰
