螺紋模擬的一些解答

上一篇螺紋模擬講到：螺紋的強(qiáng)度計(jì)算除了用理論上的計(jì)算以外，更多的是結(jié)合有限元分析，獲得螺紋連接頭的各種強(qiáng)度，如抗拉，抗壓，抗內(nèi)壓，抗外壓，彎矩等強(qiáng)度。在分析中應(yīng)著重考慮如下問(wèn)題：

1，螺紋的模型簡(jiǎn)化；多大的尺寸考慮到計(jì)算模型中？螺紋的升角如何簡(jiǎn)化？

螺紋由于其幾何非線性，導(dǎo)致應(yīng)力在螺紋牙齒根部及其不連續(xù)的地方會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力放大，局部剛度對(duì)其應(yīng)力結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的影響；由此，外部約束（人為施加的約束用以模擬的邊界條件）不應(yīng)離螺紋過(guò)近，從經(jīng)驗(yàn)上獲得的值為螺紋管子的5倍名義外徑施加約束，不會(huì)使螺紋處的剛度值產(chǎn)生較大影響。這是對(duì)圣維南原理的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)螺紋升角可以考慮升角為0來(lái)代替，即把螺紋剖面線繞中心軸旋轉(zhuǎn)一圈獲得，這樣的螺紋失去了升角；但這對(duì)于簡(jiǎn)化螺紋建模有極大的便利。進(jìn)一步想，簡(jiǎn)化失真嗎？能代表實(shí)際螺紋的力學(xué)性能嗎？模擬設(shè)計(jì)中遵循一種原則，即保守原則；如果更危險(xiǎn)的工況都可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，那么設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以更加放心使用；螺紋升角為0時(shí)，螺紋承受外載的橫截面積為A，當(dāng)螺紋升角大于0時(shí)，則為A/cos(a),由此，可以直觀的看到，有螺紋升角時(shí)，螺紋的接觸處的應(yīng)力較小；用升角為0的螺紋模擬，可以獲得更加保守的設(shè)計(jì)結(jié)果。

2，螺紋的預(yù)緊力如何計(jì)算？是扭矩值計(jì)算而來(lái)？（可以從實(shí)際旋轉(zhuǎn)圈數(shù)或者扭矩值并結(jié)合螺紋的參數(shù)如螺紋名義外徑，螺紋頭數(shù)目，螺紋牙距等計(jì)算出螺紋的預(yù)緊力，可在網(wǎng)上找到相關(guān)計(jì)算方法...）

3，螺紋是否偏心？螺紋是否有缺陷？（這個(gè)考慮有利于模擬結(jié)果和實(shí)際相符；如果螺紋偏心或者有初始缺陷，其應(yīng)力放大因子成指數(shù)級(jí)增加，對(duì)后期的疲勞強(qiáng)度影響極大。）

4，公母扣螺紋的接觸如何設(shè)置？（最真實(shí)的模擬是非線性的自然接觸，當(dāng)然存在收斂問(wèn)題，需要不斷優(yōu)化網(wǎng)格以及調(diào)整接觸參數(shù)）

5，網(wǎng)格在螺紋處如何處理？（螺紋接觸處建議用4邊形和六面體網(wǎng)格，減少網(wǎng)格畸變；在螺紋齒根處應(yīng)使齒根處的倒角圓滑過(guò)渡真實(shí)模擬齒根部的應(yīng)力。）

6，螺紋考慮是2D還是3D？（基于不同的外載工況，需要不同的模擬維數(shù)，具體問(wèn)題具體分析；如彎矩的強(qiáng)度，至少要180度的對(duì)稱(chēng)模型。）

7，是否考慮密封功能？（螺紋在存在液壓的連接中，通常都會(huì)用到密封，這個(gè)模擬是很有挑戰(zhàn)的非線性問(wèn)題；如金屬密封，橡膠密封；當(dāng)液壓超過(guò)一定值時(shí)，密封功能失效，整個(gè)系統(tǒng)破壞；由此，需要判斷密封失效產(chǎn)生的閾值是否低于強(qiáng)度值。）

8，如何根據(jù)計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)螺紋的強(qiáng)度？它的理論依據(jù)是什么？（見(jiàn)仁見(jiàn)智，可話題很大，總體思路是螺紋用于什么環(huán)境？是什么材料？不同的行業(yè)有不同的評(píng)價(jià)方法也有不同的理論依據(jù)。）

9，如何檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果是合理的？能否用理論計(jì)算驗(yàn)證？（同樣是見(jiàn)仁見(jiàn)智，不同的工程師有不一樣的檢查手法，但大致如下：1）宏觀判斷應(yīng)力及位移等分布；2），局部細(xì)致的觀察，尤其對(duì)感興趣的局部進(jìn)行全面的分析，如應(yīng)力放大因子，應(yīng)力傳播路徑，動(dòng)畫(huà)趨勢(shì)；等是否合理；3），對(duì)幾何規(guī)則處進(jìn)行理論計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；4，平衡法，及外力等于接觸處反力之和。5，單元解和節(jié)點(diǎn)解得對(duì)比，可以幫助判斷網(wǎng)格是否適合。）

基于團(tuán)隊(duì)的知識(shí)局限和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的不足，若有不恰當(dāng)之處，包涵并斧正。

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