螺栓松動計算的案例
設(shè)計仿真 | 基于Marc非線性摩擦模型Hashiguchi評估螺栓松動的方法
螺栓松動背景和機理
螺紋緊固件由于其拆卸和維護非常容易且成本低的原因被廣泛應(yīng)用于機械結(jié)構(gòu)中，通過使用帶有螺紋緊固件（螺栓桿）的螺栓進行預(yù)緊固，將零件或組件（如發(fā)動機支架、飛機面板等）連接在一起。
螺栓的剪切強度和預(yù)緊力產(chǎn)生的（壓縮）法向接觸力和摩擦力限制了螺栓連接件之間的相對運動。但由于機械振動、溫度載荷或制動和加速等時間變化載荷的作用，通過螺栓連接的組件通常會受到周期性載荷的影響。當(dāng)這些外部力沿螺栓軸線的垂直方向作用時，由于螺栓預(yù)緊力和摩擦力的減小，螺栓可能會因自松動而旋轉(zhuǎn)。
Hashiguchi非線性摩擦模型介紹
Marc 2024.1引入了由Hashiguchi教授提出的一種新的非線性摩擦模型。使通過用該模型，用戶可以模擬不同類型的非線性摩擦行為。如下圖所示，與傳統(tǒng)的雙線性摩擦模型相比，該摩擦模型可以模擬漸進的非線性滑移行為和從靜摩擦到較低動態(tài)摩擦的平穩(wěn)過渡。此外，該模型還可以模擬物體在由靜態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)條件下的摩擦恢復(fù)效應(yīng)。
圖1：Hashiguchi摩擦模型參數(shù)詳解圖
新模型由5個材料參數(shù)和2個附加參數(shù)定義，5個材料參數(shù)分別是：動靜摩擦系數(shù)、摩擦衰減系數(shù)、摩擦恢復(fù)系數(shù)、滑動平滑系數(shù)；2個附加參數(shù)分別是：最小滑移率，摩擦應(yīng)力閾值。這些參數(shù)使模型能夠涵蓋從雙線性到完全非線性的廣泛摩擦特性，并能夠從彈性（可逆）滑移平滑過渡到塑性（永久）滑移。尤其試用于螺栓自松仿真分析。
圖2：Hashiguchi摩擦模型參數(shù)定義
螺栓松動計算案例
Junker試驗通常用于研究橫向振動載荷下螺栓接頭的自松現(xiàn)象。螺栓自松動仿真分析使用M10鋼制螺栓和螺母組件，將上安裝板推到螺栓頭上。
展開 螺栓松動斷裂分析
即便是設(shè)備中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺紋緊固件的抗拉強度是足夠的，不可能因為螺栓的強度不夠而損壞。
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螺栓的斷裂不是由于螺栓的疲勞強度
螺紋緊固件在橫向振松實驗中只需一百次即可松動，而在疲勞強度實驗中需反復(fù)振動一百萬次。換句話說，螺紋緊固件在使用其疲勞強度的萬分之一時即松動了，我們只使用了它大能力的萬分之一，所以說螺紋緊固件的松動也不是因為螺栓疲勞強度。
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螺紋緊固件損壞的真正原因是松動
螺紋緊固件松動后，產(chǎn)生巨大的動能mv2，這種巨大的動能直接作用于緊固件及設(shè)備，致使緊固件損壞，緊固件損壞后，設(shè)備無法在正常的狀態(tài)下工作，進一步導(dǎo)致設(shè)備損壞。
受軸向力作用的緊固件，螺紋被破壞，螺栓被拉斷。
受徑向力作用的緊固件，螺栓被剪斷，螺栓孔被打成橢圓。
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選用防松效果優(yōu)異的螺紋防松方式是解決問題的根本所在
以液壓錘為例。GT80液壓錘的重量是1.663噸，其側(cè)板螺栓為7套10.9級M42螺栓，每根螺栓的抗拉力為110噸，預(yù)緊力取抗拉力一半計算，預(yù)緊力高達三、四百噸。但是螺栓一樣會斷，現(xiàn)在準(zhǔn)備改成M48的螺栓，根本原因是螺栓防松解決不了。
展開 淺析螺栓松動后果
報道稱，有人曾在事前發(fā)現(xiàn)摩天輪螺栓松動并提醒管理員，但管理員當(dāng)時處于醉酒狀態(tài)未及時維修，才導(dǎo)致事故發(fā)生。該管理員事后遭群眾毆打后被警方逮捕。
小小的螺栓竟然造成如此嚴(yán)重的后果，我們一起分析一下為什么螺栓松了會有如此嚴(yán)重的后果。
首先對于承受靜載荷工況的連接，如果螺栓松動會引起螺栓的受力不均勻，松的螺栓承受的載荷會減小，沒有松動的螺栓受力增加，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)不同情況稍有不同，如果連接處螺栓數(shù)量比較多，有一個螺栓松動不會有致命的影響，如果連接處僅有兩個螺栓，一旦其中一個發(fā)生松動，另一個螺栓就會承擔(dān)大部分的載荷，并且受力形式也發(fā)生比較大的變化，載荷大到一定程度后，緊的螺栓可能先斷裂，然后松動的螺栓承受所有載荷，以致無法承重斷裂，后果不堪設(shè)想。
圖2.兩個螺栓都擰緊時，受力平均
圖3，其中一個螺栓松動時，未松螺栓承受大部分載荷，有斷裂風(fēng)險。
圖4.未松螺栓因載荷過大斷裂，松動螺栓承受全部載荷，也將斷裂。
當(dāng)螺栓承受疲勞載荷時，如果有一個螺栓松動，預(yù)緊力大大降低，當(dāng)承受交變載荷時，螺栓的預(yù)緊力變化范圍比較大，螺栓自身的應(yīng)力幅值會比其他螺栓更高，造成早期疲勞斷裂。
螺栓松動可能造成嚴(yán)重的后果，機械設(shè)備一定要定期維護，檢查螺栓是否松動，做到防患于未然，堅持安全第一。
展開 螺栓受力計算評估
此貼為螺栓受力計算評估，基本為理論計算內(nèi)容，不算仿真。
螺栓資料：螺栓材料為不銹鋼304，總高度14.5mm。螺栓螺紋高度8.4mm,圈數(shù)12，故螺栓規(guī)格為M4X0.7mm。螺母材料為黃銅，鉚壓在工程塑料面板上。
螺母為黃銅，M4的標(biāo)準(zhǔn)扭矩為1.2+/-0.24N.m，選取最大值1.44N.m計算出的預(yù)緊力為1890N~2304N.
螺栓鎖入安裝面板的長度：插座法蘭厚度3.7mm, 量得螺栓鎖入安裝面板的長度為6.3mm, 螺紋圈數(shù)為9圈；我司現(xiàn)行設(shè)計法蘭厚度為5mm ，故螺栓鎖入安裝面板的長度為5mm,螺紋圈數(shù)為7圈；根據(jù)最大預(yù)緊力2300N，算足10圈都擰緊時，9圈螺紋的預(yù)緊力為2265N， 7圈螺紋時的預(yù)緊力為2176N。而在只擰緊9圈時或者只擰緊7圈時，因承受力量最大的基本是前6圈，所以，7國圈螺紋與9圈螺紋實質(zhì)能產(chǎn)生的預(yù)緊力是基本一樣的。
展開 
ansys Workbench螺栓載荷提取時，如何計算載荷偏心距離（VDI2230） ￥10
問題：
VDI2230關(guān)于螺栓的計算中對于螺栓載荷的提取沒有過多的涉及，本文針對偏心載荷的提取問題進行簡單說明。
VDI2230中，對于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線到截面彎矩為0的點之間的距離。
對于實際螺栓連接問題，幾何結(jié)構(gòu)和載荷狀態(tài)復(fù)雜多變，使用經(jīng)驗公式估計并不理想。本文介紹使用有限元仿真的方法確定載荷偏心距離。
示例：
以VDI2230中的案例5為例進行對比計算，依據(jù)案例5的幾何信息創(chuàng)建仿真模型。
約束筒體底面，在內(nèi)表面施加20Mpa壓力載荷，同時給螺栓施加約150KN的預(yù)緊力（加不加結(jié)果變化不大），連接面設(shè)定為摩擦面。
將兩個側(cè)面設(shè)定為，frictionless Support，等效對稱邊界。（這里沒有使用圓周循環(huán)對稱邊界，是因為圓周對稱邊界不能支持截面彎矩提取）
注意，在輸出控制中 打開“Nodal Forces”，用于端蓋截面的彎矩提取。
計算完成后，在結(jié)果提取中，插入Probe——Moment Reaction——使用surface類型進行端蓋截面彎矩載荷的提取，這里只需要關(guān)注X軸彎矩。
依次變更截面位置，就可以獲得一條彎矩隨位置變化的曲線，讀取彎矩為0位置的距離值，再進一步處理加上螺栓偏心距Ssym，就可以換算到載荷偏心距a。
個人認(rèn)為仿真結(jié)果17.535，除了在循環(huán)對稱設(shè)置上與案例給出條件不同外，其余均能反應(yīng)案例邊界。
補充案例：
以機械設(shè)計手冊兩端固支梁，在均布載荷下的反彎點計算模型為例進行驗證。
仿真結(jié)果
公式計算值42.2mm，仿真結(jié)果42.23mm。
展開 『原創(chuàng)』法蘭盤和螺栓計算不收斂？急！！！！
在三個螺栓中施加螺栓預(yù)緊
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SLOAD,1,9,LOCK,DISP,DISP_B,1,2
SLOAD,2,9,LOCK,DISP,DISP_B,1,2
SLOAD,3,9,LOCK,DISP,DISP_B,1,2
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! 應(yīng)用接點約束
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CMSEL,S,PAN
NSLV,R,1
NSEL,R,LOC,Z,0
CSYS,1
NSEL,R,LOC,X,U_R,R_OUT
D,ALL,ALL
ALLS
SBCTRAN
LSWRITE,1,
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! LOAD STEP 2
! 鎖緊螺栓預(yù)緊
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LSWRITE,2,
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! LOAD STEP 3
! 施加軸向外載荷
!*************************************
NSEL,S,LOC,Z,ZMAX-1,ZMAX+10
*GET,NLOAD,NODE,,COUNT
F,ALL,FZ,F_EXT/NLOAD/4
ALLS
LSWRITE,3,
LSSOLVE,1,3,1,
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! 結(jié)果后處理
!
展開 德國VDI2230螺栓計算終極武器，這次終于懂了 附VDI2230-1下載
導(dǎo)讀：提到螺栓計算，大家首先想到借助于有限元工具進行。但是我認(rèn)為螺栓計算不能用有限元進行，不但不完整、不精確，而且是根本無法進行。原因如下：我們對螺栓的計算歸納起來就是五大安全系數(shù)和預(yù)緊力或與預(yù)緊矩。如采用有限元法，五大安全系數(shù)有限元最多只能計算出其中三個安全系數(shù)，至于被夾緊件抗滑移的安全系數(shù)和螺紋牙抗縱向剪切的安全系數(shù)有限元是無法計算的。原因是在用有限元法計算螺栓應(yīng)力的時候，都是將螺栓簡化成光桿，而光桿是沒有螺紋牙的，因此就無法計算螺栓的螺紋牙抗剪的安全系數(shù)。
一
、齒輪箱螺栓采用有限元計算結(jié)果
抗滑移的安全系數(shù)同樣無法用有限元法求取。
我們說螺栓為什么需要五大安全系數(shù)呢？是否可以忽略掉幾個安全系數(shù)？
答案是五大安全系數(shù)缺一不可，因為螺栓及其被夾緊件會有五種失效形式。不經(jīng)過計算是無法預(yù)測螺栓會按照哪種形式失效。因此五大安全系數(shù)必須要全面計算、校核。更重要的是，螺栓安全系數(shù)的高低，不僅僅取決于螺栓規(guī)格、強度等級、也不僅僅取決于被夾緊件的設(shè)計和尺寸，還取決于螺栓的利用，即螺栓的預(yù)緊。因此，螺栓的預(yù)緊力或預(yù)緊力矩尤其重要。而在有限元計算中，預(yù)緊力是必須需要我們輸入的。這就造成了待求取的結(jié)果需要作為已知量進行輸入的悖論，因此，利用有限元軟件是無論如何無法進行完整的螺栓計算的。
具體來說有限元計算螺栓的不適用性如下：
無法求取需要的預(yù)緊力或預(yù)緊力矩；
安全系數(shù)計算不完整；
由于以光桿代替螺桿，計算不精確；
成本高，結(jié)果一致性不高；
邏輯性不強；
無法指導(dǎo)被加緊件的設(shè)計；
并且只能獲得應(yīng)力，無法對應(yīng)力結(jié)果進行評價。因此適用于被夾緊件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜情況下的個別計算步計算。
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螺栓結(jié)構(gòu)強度校核與
安全性評價方法
1、螺栓預(yù)緊載荷
2、普通螺栓連接的設(shè)計與計算（受拉、受剪及扭矩、剪力和軸力共同作用）
3、高強螺栓連接設(shè)計與計算
4、螺栓后處理工具——Bolt Tool
5、無螺栓采用綁定接觸模擬螺栓連接結(jié)構(gòu)的分析方法
6、采用梁單元模擬螺栓進行螺栓連接結(jié)構(gòu)的分析方法
7、采用實體單元模擬螺栓進行螺栓連接結(jié)構(gòu)的分析方法
8、采用joint施加螺栓預(yù)緊載荷模擬螺栓連接結(jié)構(gòu)的分析方法
工程范例-1：螺栓連接結(jié)構(gòu)的無螺栓、綁定接觸分析計算實例
工程范例-2：螺栓連接結(jié)構(gòu)采用梁單元模擬螺栓進行結(jié)構(gòu)分析的方法
工程范例-3：螺栓連接結(jié)構(gòu)采用實體單元模擬螺栓進行結(jié)構(gòu)分析的方法
工程范例-4：螺栓連接結(jié)構(gòu)采用joint施加螺栓預(yù)緊載荷的分析方法
工程范例-5：考慮螺紋細節(jié)的螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元計算
焊接結(jié)構(gòu)強度校核與
安全性評價方法
1、概述
2、點焊連接
3、焊縫連接
4、對焊焊縫的構(gòu)造、設(shè)計與計算
5、角焊縫的構(gòu)造、設(shè)計與計算
6、點焊結(jié)構(gòu)失效模擬
工程范例-1：點焊連接結(jié)構(gòu)有限元計算
工程范例-2：焊縫連接結(jié)構(gòu)有限元計算
工程范例-3：點焊結(jié)構(gòu)失效計算
過盈配合結(jié)構(gòu)
有限元計算
1、過盈配合工藝
2、過盈配合計算公式
3、基于有限元方法過盈配合計算原理
4、過盈配合計算中主要參數(shù)及其關(guān)系
工程范例-1：結(jié)構(gòu)冷裝配過盈配合模擬
工程范例-2：結(jié)構(gòu)熱裝配過盈配合模擬
工程范例-3：工程壓入法過盈裝配模擬
展開 【8月16-19日 北京】焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)有限元計算研修班
-1：U型夾緊支架的螺栓預(yù)緊蠕變松弛計算
考慮襯墊的螺栓
連接結(jié)構(gòu)計算
1.襯墊基本知識 2.墊片材料模型-Gasket模型
3.墊片幾何模型的網(wǎng)格劃分方法 4.材料屬性
5.墊片結(jié)果
工程實例-1：含墊片的法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元計算
螺栓、焊接連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)
熱應(yīng)力計算
1.工程熱應(yīng)力計算原理 2.穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力計算方法
3.穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力計算的ANSYS WB設(shè)置技巧4.瞬態(tài)熱應(yīng)力計算方法
5.瞬態(tài)熱應(yīng)力計算的ANSYS WB設(shè)置技巧6.焊接結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力計算方法
7.移動熱源的模擬方法
8.焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力與殘余應(yīng)變
工程實例-1：螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的火災(zāi)分析
工程實例-2：激光焊接鋼板的溫度場與熱應(yīng)力計算
工程實例-3：焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力計算
工程實例-4：平板多道焊接殘余應(yīng)力有限元分析
工程實例-5：過盈配合輪軸熱應(yīng)力計算
螺栓、焊接連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)的
疲勞計算
1.疲勞分類 2.S-N曲線
3.E-N曲線 4.疲勞分析計算流程
5.疲勞計算支持的接觸、荷載和支撐類型
6.疲勞分析設(shè)置原理與方法 7.疲勞計算結(jié)果評估
工程實例-1：螺栓連接壓力容器的疲勞分析
工程實例-2：點焊連接金屬板的疲勞計算
工程實例-3：焊縫連接結(jié)構(gòu)的疲勞計算
工程實例-4：過盈配合轉(zhuǎn)子的疲勞計算
螺栓、焊接連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)
模態(tài)分析
1.模態(tài)分析簡介 2.模態(tài)計算理論
3.固有頻率與模態(tài)振型
展開 技術(shù)鄰周報 第4期
作者：劍指星辰
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1800805
5、Abaqus圓柱形熱源情況下土體進行固結(jié)
作者：abaquser
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6、一款平行軸式電驅(qū)橋的開發(fā)
作者：EDC電驅(qū)未來
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801161
7、RP Resonator 如何處理模擬中的熱透鏡效應(yīng)
作者：墨光科技
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801192
8、在 COMSOL? 中構(gòu)建磁流體動力學(xué)多物理場模型
作者：劍指星辰
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801356
9、大跨度筒倉水泥儲存庫數(shù)值模擬分析與研究
作者：北望逸塵
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801358
10、螺栓與有限元：基于ANSYS螺栓松動對比計算
作者：安世亞太
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801363
11、LS_DYNA管材冷彎成形
作者：BettyBin
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801392
12、新型樓板火災(zāi)溫度場試驗和模擬研究
作者：CELab-001
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1801406
13、CAE前處理 | 轉(zhuǎn)軸類連接
作者：陽普科技
鏈接：https://
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