1、概述

   如圖示，使用M3螺釘緊固結(jié)構(gòu)件，中間為平墊和彈墊，其中彈墊為壓縮狀態(tài)。給M3螺釘施加預(yù)緊力，提出使用剪切應(yīng)變能學(xué)說結(jié)合workbench仿真結(jié)果對螺栓的最適預(yù)緊力進行確定。

   結(jié)合做過的項目，主要介紹：1）如何施加預(yù)緊力，施加的過程中應(yīng)注意哪些問題；2）螺釘仿真結(jié)果如何進行評價。

                                圖1

2、仿真過程

   Proe建模導(dǎo)入Workbench，輸入材料屬性，包括彈性模量、泊松比，密度。其中；螺栓材料為不銹鋼，彈簧墊片材料為不銹鋼，平墊材料為彈簧鋼65MN；結(jié)構(gòu)件材料為鋁合金2A12-T4。

   進入geometry幾何界面，對模型進行如下處理：由于預(yù)緊力不能施加螺紋連接處，也就是后面的bonded部分，需要將螺釘使用slice切分為三部分（螺帽、螺紋部分、中間通孔螺釘部分），slice通過建立相關(guān)的plane或者face進行切分，這里不再詳寫。

    進入分析界面，賦予相關(guān)結(jié)構(gòu)件材料屬性；系統(tǒng)默認(rèn)均為bonded接觸，除了螺紋連接處，其他接觸對均改為Frictional接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2。網(wǎng)格劃分時，需要注意將螺釘中間通孔螺釘軸向部分至少保證兩層網(wǎng)格，這是因為在該部分進行預(yù)緊力施加時，預(yù)緊節(jié)點需要，見圖3所示。本文選用bonded接觸來模擬螺紋之間的連接關(guān)系，若具體建立螺紋副，網(wǎng)格量太大，若是你想對螺紋副的具體受力情況進行研究，可以模擬，但是該部分工作已有很多前輩進行了研究，已經(jīng)屬于成熟已知技術(shù)，建議翻閱論文即可，若是工程需要且結(jié)合具體外載荷對螺紋的強度進行校核，考慮到計算量及精度，bonded接觸足夠用了。

                                 圖2                              

                              圖3

   建立局部坐標(biāo)系：以中間通孔螺釘為載體，進行局部坐標(biāo)系建立，一定要注意，Z軸在螺釘軸向方向，施加預(yù)緊力需要，見圖2。

   施加載荷：結(jié)構(gòu)件2底面施加固定約束，選擇bolt pretention，選中中間通孔螺釘部分進行預(yù)緊力施加，坐標(biāo)系更改為剛建立的局部坐標(biāo)系。施加預(yù)緊力1500N進行分析，預(yù)緊力加載見圖4.

                               圖4

3、結(jié)果

提取螺釘螺紋部分的Equivalent（von-mises）stress應(yīng)力，可以看到，第一圈螺紋處應(yīng)力最大，約為447Mpa，一般情況下，我們會用該應(yīng)力與螺釘?shù)那姸然蛘呖估瓘姸冗M行對比校核。

                   圖5  Equivalent（von-mises）stress應(yīng)力

   本文提出另一種校核方法，即剪切應(yīng)變能學(xué)說進行校核。具體如下（公式倒不進來，就截圖了）：

    此時，在Workbench中提取螺桿軸向應(yīng)力，即Nomal stress，選取前面建立的局部坐標(biāo)系，選擇Z軸進行結(jié)果查看。由結(jié)果可知，軸向應(yīng)力為519Mpa，小于561Mpa，螺釘強度滿足要求。

                            圖6 Nomal stress應(yīng)力

4、后續(xù)說明

主要介紹三點：

1）上述僅介紹了螺栓預(yù)緊力的施加及螺栓強度校核的方法，在模型中，我們能夠看到，其實螺帽與螺桿交界處比螺桿處應(yīng)力更大，該部分為整個結(jié)構(gòu)的薄弱部位，更應(yīng)該關(guān)心。

2）在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們更關(guān)心：給螺釘施加某一預(yù)緊力或者某一個范圍的預(yù)緊力時，螺釘即不會發(fā)生松動也不會發(fā)生破環(huán)。也就是得到螺釘?shù)淖畲箢A(yù)緊力及最小預(yù)緊力。該部分需要結(jié)合連接結(jié)構(gòu)件的材料特性、外載荷、振動、溫度環(huán)境等多種環(huán)境最終確定最適預(yù)緊力，后續(xù)可逐步介紹。其中螺栓、螺母的仿真與該部分內(nèi)容類似，這里不再介紹。

3）預(yù)緊力與工程扭矩如何換算，如有需要，后續(xù)也可進行介紹。