螺栓螺紋
關注創建者：匿名 創建時間：2022-12-01
螺栓螺紋的視頻教程
基于ABAQUS的發動機水泵安裝面密封性仿真分析（面壓和分離）
1.在hypermesh環境下建立了發動機缸體、螺栓（螺紋予以省略）和水泵三維有限元離散模型（視頻中午該部分網格劃分，提供inp文件），導入到abaqus軟件中。 2.在abaqus中建立兩個分析步、并同時建立起接觸和綁定的相互關系。 3.進行邊界的約束關系，同時在第一步中建立5N的螺栓預緊力以達到模型的收斂，第二步采用實際的螺栓預緊力15000N。
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螺栓螺母六面體網格劃分+預緊力+外載+后處理
1、螺栓六面體網格劃分思路及方法； 2、螺母六面體網格劃分； 3、接觸建立方法，重點是螺栓螺母的螺紋接觸建立方法； 4、預緊力建立方法； 5、外載施加方法； 6、調用ABAQUS求解及后處理。
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螺栓螺紋的實例教程
本showcase演示了一種通過螺栓截面法模擬螺栓螺紋的簡化建模技術——螺栓螺紋建模技術（螺紋截面法）。該方法得到的近似結果接近于真實螺紋螺栓模型的精度，但不需要詳細的螺紋幾何和精細的網格離散。螺栓截面法還大大節省了模擬時間。
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【簡介】
螺栓連接用于將兩個或多個部件連接在一起，形成一個機械結構的組件。為了實現螺栓連接結構的預期物理行為，需要一個詳細的三維螺栓模型，包括螺栓預拉力效應和接觸界面的摩擦行為。然而，對于大型、復雜的結構，由于問題規模的限制和與分析整個結構相關的計算成本，螺栓連接的詳細建模是困難的。
螺栓螺紋建模技術 可用于2-D和3-D接觸單元，提供了簡化的建模，精度接近于真正的螺紋螺栓模型。螺栓螺紋建模技術可以通過分配一個“螺紋截面” (由SECTYPE命令定義)來模擬覆蓋在光滑圓柱形螺栓表面上的接觸元素。為了近似螺栓的行為，根據用戶指定的螺紋幾何數據和螺栓軸的端點(通過SECDATA命令輸入)在內部執行計算。
螺栓螺紋建模技術對于系統級建模是很有用的，其中螺栓的主要功能是傳遞負載。由于沒有幾何細節和網格離散化，該方法在計算成本上也不昂貴。該技術可應用于三維模型和二維軸對稱模型。
【案例介紹】
螺栓連接的兩個主要特性是預緊和螺紋配合部分的接觸。為了模擬螺栓的配置，建立了M120螺栓與一個蓋板和一個底板模型。
螺栓的最大直徑為120mm，節徑為116mm，節距為6mm，半螺紋角度為30度（按標準螺紋輪廓）。
螺栓預緊力為256446 N，模擬實際螺栓現象。定義了三個摩擦接觸對（FCP）：一個在螺紋區域內；一個在螺栓頭與蓋板之間；第三個在蓋板與底板之間。
展開 在螺栓模擬過程中，由于預緊載荷和包括摩擦接觸行為而產生的螺栓桿應力（螺栓頭和螺栓螺紋之間區域的應力）是主要關注的問題。
該問題的目的是表明螺栓截面法簡化了該螺栓接頭的建模，并產生了近似的螺紋行為和柄部應力，與真實的螺栓模型相當。
該問題通過三種方法模擬：
1. 真實螺紋模擬
這種方法是最精確的螺栓模擬。螺紋的詳細建模在模型中提供了準確的螺紋行為。螺紋區域需要非常精細的網格離散化，這使得該方法的計算成本很高。
2. 螺栓截面法（簡化螺栓螺紋建模技術）
在該方法中，通過將螺栓截面分配給覆蓋在光滑圓柱形螺栓表面上的接觸單元來模擬螺栓螺紋。（不需要詳細的螺紋幾何形狀。）根據SECDATA命令給出的螺紋參數在內部進行計算，以接近螺栓的行為。這種方法計算成本低。
3. MPC方法（螺紋區域的粘結行為）
在該方法中，MPC結合行為在螺紋區域中定義。（不需要詳細的螺紋幾何結構。）此方法計算速度非常快，但螺紋行為可能會丟失。
二維軸對稱和三維模型都用于比較這三種方法。所有三種方法的二維模型設置如下圖所示：
建模
具有標準螺紋尺寸的M120結構鋼螺栓采用合理尺寸的蓋板和底板建模。進行二維和三維螺栓螺紋建模。螺栓和板采用雙線性各向同性塑性材料模型。
帶蓋板和底板的螺栓模型
創建了兩個模型，一個具有螺紋表面，另一個具有光滑的螺栓表面，以證明螺栓截面法相對于真實螺紋模擬法的簡單性和優勢。
帶蓋板和底板的真實螺紋螺栓模型
三維螺紋螺栓模型表示一個帶有蓋板和底板的單頭M120螺栓。螺栓的最大直徑為120 mm，中徑為116 mm，螺距為6 mm，半螺紋角度為30度（根據標準螺紋輪廓）。
該模型由SOLID186和SOLID187單元組成。在螺紋區域中執行網格細化。
展開 在實際情況下，很多結構都采用螺栓連接的方式，如何考慮螺栓連接、對連接螺栓的分析計算是個難點。目前的常規做法通常有兩種：1.簡化，用RBE2和beam梁來代替螺栓，這樣不能反映連接螺栓真實應力，圖1為某結構連接螺栓簡化的beam梁應力云圖，沒有接觸應力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結構帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結果（圖3）：
圖3 計算結果
那么，有什么好辦法可以不用簡化帶螺紋螺栓，不用直接做出帶螺紋螺栓，又能得到足夠精確的結果？
運用大型通用非線性有限元分析軟件Abaqus，只需要在接觸定義中設置跟實際螺紋形狀有關聯的參數，如牙角、螺距、螺栓小徑等，就可以模擬真實的連接螺栓接觸狀況。既可以得到足夠精確的分析結果，又節省了時間專注進行其他的分析設置。如圖4，為連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓：
圖4 連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓
圖5為某結構直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結構直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
展開 螺紋孔螺栓連接
螺紋孔螺栓連接是十分常見的連接形式，當安裝空間不足或不便布置螺母時，這種連接形式就成為了首選方案。
2. 螺紋孔螺栓連接的不足
一般情況下這種連接形式可以滿足常見的應用需求，但部分應用中這種連接形式存在一定先天不足。
例如：
1，用于密封面時，這種連接形式的面壓分布均勻性較差，可能導致泄漏。
2，孔口部位變形較大，用于輕金屬時更加明顯（輕金屬彈性模量和屈服強度普遍偏低）。
與通孔螺栓連接不同，螺紋孔螺栓連接的“變形體”體積較小，帶來的影響就是螺紋孔孔口的變形、應力都比較高，而且這部分材料承受了拉伸力，造成局部材料變形。
當螺紋孔螺栓連接用于密封應用時，被連接件之間通常存在密封墊，密封墊剛度低，孔口局部變形更加明顯。這也造成密封墊的面壓分布不均，嚴重時引起泄漏。
3. 改善方法
可以通過在螺紋孔處設計沉孔來改善這些問題，這種方法成本極低且占用空間較少。
在《內燃機設計》（楊連生）中是這樣表述的：
機體上氣缸蓋螺栓孔的上端應有深度約為0.3d1的沉孔（d1為螺紋外徑），以避免氣缸體頂面的局部變形。
可見，在螺紋孔處設計沉孔是作者強烈推薦的設計方案。
使用CAE來分析沉孔的效果。
案例描述：
部件材料：鋼
螺栓規格：M14
螺栓軸向預緊力：60000N
摩擦系數：全部按0.15
螺紋部位采用：螺紋接觸幾何修正
模型：線性，未考慮材料屈服。
螺栓預緊力加載后可以觀察到，螺紋孔周圍的面壓高于遠離螺紋孔的部位。在沒有設計沉孔的部件上，孔口周圍面壓集中度很高，而在具有沉孔設計的部件上，孔口周圍的面壓分布均勻性有很大改善。
展開 具體螺紋設置如下：采用局部坐標系指定旋轉軸的起點及終點，設定螺紋中徑、螺距、螺紋升角，單線螺紋，右旋。
可以得到操作工況下，螺栓處最大位移為0.12mm，螺栓與螺母在螺紋接觸處的最大應力為464.95MPa。
結果討論
采用探測可以得到線體梁螺栓中間段的應力強度為187MPa，實體螺栓（無螺紋）為 172MPa，實體螺栓（有螺紋）為165MPa。每一種螺栓聯接方式得到的總體結果差別均不大，可根據實際情況采用合適的建模方式模擬。
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綁定、無摩擦與摩擦接觸的對比分析1個月前
圖 1 螺栓螺紋模型的幾何形狀
對幾何模型進行網格劃分。建議在螺栓和孔洞周圍進行網格加密，以提供足夠的離散精度，準確刻畫幾何形狀。采用線性單元，使總節點數低于學術版軟件許可的限制。設置全局網格尺寸為 25 mm，對螺栓和節點區域采用局部網格尺寸 10 mm，對孔洞采用5 mm 的網格尺寸。網格劃分后的模型示意圖如圖 2 所示。
保持其他設置為默認值；
c.在螺母和螺栓螺紋部分之間設置綁定接觸（Bonded contact），其他設置保持默認值。
6.生成網格，單元尺寸為0.4mm。
對于螺栓實體，應用“多區域（MultiZone）”網格劃分方法。
7.通過應用邊界條件來設置工況并求解。
0
3
安裝試件
試驗開始前，需檢查試驗夾具確保操作順利，確保夾持面和加載面沒有損傷，并對螺栓和夾具的螺紋進行清潔和潤滑。安裝試件的操作過程應在花崗巖平板上完成，以確保試件端部與夾具底座平面平齊。
01
操作
移開夾具的上半部分，將試件放置于夾具的下半部分中，用手輕輕擰緊四個螺栓。
在螺栓頭和上板之間，以及螺栓螺紋和螺母螺紋之間設置相互接觸作用。同時，根據試驗測試的數據結果，展示了不同的Hashiguchi參數組合對螺栓自松動的影響。
Hashiguchi摩擦參數的選擇基于所需的摩擦行為。為了模擬非線性摩擦作用，分別根據預期的最大和最小摩擦力值設置靜態和動態摩擦系數。然后，根據滑移率依賴性（即摩擦力從最大值下降到最小值的速度）來設定衰減系數。
本案例為CAE文件，螺栓和螺母材質為TC4，材料本構為JC，載荷為位移加載，螺栓和螺母的螺紋配合后，將螺母一端固定，在螺栓一端施加拉伸位移，直至螺紋破壞，從而得到螺紋破壞時的最大載荷
‐ 更好地了解由于組裝和服務中加載而產生的連接行為
‐ 失效模式預測和評估
‐ 洞察超出設計條件的行為
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise
法蘭連接接觸分析
輸入條件
模型幾何參數、螺栓預緊力、內壓
仿真流程
結果與效果
緊固件承載情況，法蘭應力水平等
壓力容器法蘭螺栓螺紋疲勞壽命分析
可以得出在橫向振動載荷的作用下， 螺栓沿著螺紋牙松動，并不是所有螺紋都松動，只有 其中一兩扣松動，其余均保持摩擦力，循環往復。通 過上述分析可以得出，振動載荷的施加會打破原來的 摩擦自鎖狀態，使接觸面不能一直處于黏附的狀態， 從而造成螺栓預緊力的減小。
首先，螺栓完成擰緊之后，如果沒有發生旋轉型松動，螺栓與螺母嚙合螺紋之間理論上相對滑移。量較小，可以使用綁定接觸替代
其次，由于摩擦型螺栓要求外載作用下不發生分離和滑移，因此螺栓頭→被連接件，螺母→被連接件實際行為也類似于綁定接觸
一旦可以使用綁定接觸考慮問題(線性問題)，那么約束方程，耦合，各類連接單元都可以引入。
這些孔有兩個螺栓，一大一長螺紋螺栓。
如上所示，除了中心鑄件之外，焊接到電池外殼的電池模塊之間也有很少的鑄造分離部分。可以在下面的切割部分中詳細看到。
自鉆緊固螺栓用于將外殼的上板連接到電池外殼。厭氧密封粘合劑（可能）也用于避免任何泄漏。
用于底部保護的底蓋托盤
這個重約 23 公斤的鋁制品。
螺栓、螺母的螺紋應符合API 螺紋規范API Std 5B。
8．背壓閥（回壓閥）
背壓閥是安裝在油管懸掛器中，在拆卸防噴器或安裝、拆卸采油樹時，需要采用背壓閥以密封油管內孔；在對下主閥進行維修更換時，也需要采用背壓閥密封油管內孔。
