螺栓斷裂分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-19
螺栓斷裂分析的視頻教程
爆炸螺栓動(dòng)態(tài)斷裂仿真計(jì)算
2、電腦配置及其軟件版本 系統(tǒng)：win 7 處理器：NCPU 2 前處理：Truegrid 3.13 求解器：lsdyna R13 后處理：lsprepost 4.11 3、計(jì)算結(jié)果 3.1速度 3.2位移 3.3加速度 3.4螺栓斷裂圖
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Abaqus中利用Python二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)多螺栓快速建模并在分析步添加螺栓預(yù)緊力
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ABAQUS拉伸斷裂模擬實(shí)例分析
獨(dú)家原創(chuàng)——Abaqus拉伸斷裂模擬實(shí)例分析。 案例對(duì)鋁合金圓柱準(zhǔn)靜態(tài)拉伸斷裂模擬整個(gè)過程進(jìn)行講解，包括初始損失（Ductile damage、Shear damage）的引入、分析步設(shè)置、網(wǎng)格劃分等易出現(xiàn)問題的地方，從而使大家對(duì)整個(gè)斷裂模擬過程有一個(gè)系統(tǒng)的掌握。
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螺栓斷裂分析的實(shí)例教程
高強(qiáng)度螺栓的斷裂分析
定義多個(gè)載荷步，其中前三個(gè)載荷步用于施加螺栓預(yù)緊力。定義方式是在Creat Load下面的Bolt Load（螺栓載荷），選擇梁?jiǎn)卧蟠_認(rèn)方向（這里方向的影響不大）
載荷步1：施加10N的預(yù)緊力；
載荷步2：施加50KN的預(yù)緊力；
載荷步3：將預(yù)緊力的形式改為Fix at current length，如下圖所示。
后面的載荷步則可以正常施加其他載荷。
圖6
本次實(shí)例加完載荷計(jì)算后得到的應(yīng)力結(jié)果如下所示：
圖7
可以通過主菜單View-ODB Display Option下面的Render Beam Profile開關(guān)，顯示真實(shí)的螺栓形狀，打開之后如圖所示。
圖8
本次施加的是拉力載荷，因此螺栓主要承受的是拉力，其應(yīng)力水平最高。
下載地址：基于ABAQUS對(duì)螺栓斷裂問題仿真分析
展開 制造一批規(guī)格為M42 mm×230 mm，材質(zhì)為42CrMoA，性能等級(jí)為10.9級(jí)的高強(qiáng)度六角螺栓。螺栓的加工工藝為：原材料退火→無心車削→鋸料→平端面倒角→磷化潤(rùn)滑→縮桿→熱鍛→六角頭倒角→熱處理(調(diào)質(zhì))→校直→滾壓螺紋，調(diào)質(zhì)過程使用網(wǎng)帶爐處理。在校直工序中2件發(fā)生斷裂，斷裂位置大約在螺桿軸向1/2處(見圖1)。在校直過程中發(fā)生2件螺栓斷裂后隨即停止了該批次其余螺栓的校直。為查找螺栓斷裂原因，避免同類事件再次發(fā)生，筆者對(duì)斷裂的螺栓進(jìn)行了相關(guān)的檢驗(yàn)與分析。
1 理化檢測(cè)
1.1 宏觀檢測(cè)
1.1.1 斷口宏觀分析
兩根螺栓均斷裂在螺桿約1/2處校直彎曲部位，見圖 1(a)。斷口整體呈現(xiàn)脆性斷裂特征，斷口呈現(xiàn)由中心向四周的輻射狀條紋，斷口外層為光滑平整的脆性斷口，斷口表面未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的宏觀塑形變形及夾渣物，圖2箭頭位置為校直工序中開裂。表明裂紋從心部起裂，向四周擴(kuò)展，最終導(dǎo)致螺栓斷裂。
1.1.2 低倍檢驗(yàn)
在斷裂螺栓斷口以下20 mm處沿橫向取樣，進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，螺栓心部存在大量縮孔。檢驗(yàn)結(jié)果為：一般疏松1級(jí)，中心疏松2級(jí)，一般斑點(diǎn)狀偏析<1級(jí)，見圖3，未發(fā)現(xiàn)裂紋等其它宏觀缺陷。
(a) 斷裂螺栓的整體圖；(b)螺栓的斷裂處
圖1 斷裂螺栓
(a) General drawing of broken bolt；(b) The breakpoint of bolts
Fig.1 Broken bolt
圖2 斷口宏觀形貌
Fig.2 Macromorphology of fracture
1.2 化學(xué)成分分析
在螺栓近斷裂位置約20 mm處取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。
展開 螺栓松動(dòng)是常有的事，但若不注意，往往會(huì)引起設(shè)備振動(dòng)、部件損壞，甚至人員傷亡。如何擰緊一個(gè)小小的螺母，一直是機(jī)械設(shè)計(jì)中長(zhǎng)盛不衰的話題，大家比較了解的，例如日本的偏心螺母、唐氏螺母和中國(guó)自緊王螺母，但我們今天不講這些緊固件界的明星，我們來聊聊工作中最基本的固定螺母的方法。
01
螺栓為什么越擰越緊呢？
一般情況下，我們對(duì)于螺栓斷裂從以下四個(gè)方面來分析：
第一、螺栓的質(zhì)量
第二、螺栓的預(yù)緊力矩
第三、螺栓的強(qiáng)度
第四、螺栓的疲勞強(qiáng)度
實(shí)際上，螺栓斷裂絕大多數(shù)情況都是因?yàn)樗蓜?dòng)而斷裂的，是由于松動(dòng)而被打壞的。因?yàn)?em>螺栓松動(dòng)打斷的情況和疲勞斷裂的情況大體相同，最后，我們總能從疲勞強(qiáng)度上找到原因，實(shí)際上，疲勞強(qiáng)度大得我們無法想象，螺栓在使用過程中根本用不到疲勞強(qiáng)度。
0
1
螺栓斷裂不是由于螺栓的抗拉強(qiáng)度
以一只M20×80的8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓為例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力載荷是20噸，高達(dá)它自身重量的十萬倍，一般情況下，我們只會(huì)用它緊固20公斤的部件，也只使用它最大能力的千分之一。
展開 借助有限元分析工具, 對(duì)某燃汽輪機(jī)風(fēng)扇座環(huán)連接螺栓應(yīng)力及接觸狀態(tài)進(jìn)行了分析研究, 并計(jì)算出了螺栓的應(yīng)力幅值。
將 ASME 標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)變方法的疲勞曲線進(jìn)行了對(duì)比分析研究, 確定選用 ASME 標(biāo)準(zhǔn)中的疲勞曲線進(jìn)行螺栓疲勞壽命分析, 并與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析, 給出了一套有效的螺栓疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。并在此基礎(chǔ)上給出提高螺栓使用壽命的結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方法。
螺栓連接作為一種重要的結(jié)構(gòu)連接方式, 已廣泛應(yīng)用于各類工程領(lǐng)域中。然而, 在高預(yù)緊力載荷以及交變載荷作用下, 高強(qiáng)度螺栓發(fā)生疲勞斷裂的事故時(shí)有發(fā)生。針對(duì)高強(qiáng)度連接螺栓的疲勞壽命, 科研人員做了大量的研究并取得了一系列成果。
在此基礎(chǔ)上, 本研究以某型號(hào)燃汽輪機(jī)風(fēng)扇座環(huán)連接螺栓為研究對(duì)象, 借助有限元分析方法, 對(duì)該螺栓的應(yīng)力幅值及各連接部件的接觸應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析和對(duì)比研究, 并基于疲勞分析方法對(duì)初始以及改進(jìn)的螺栓壽命進(jìn)行了預(yù)估分析, 從而確定螺栓疲勞的分析方法以及優(yōu)化改進(jìn)的方案。
研究對(duì)象概況
作為研究對(duì)象的某燃汽輪機(jī)風(fēng)扇座環(huán)連接螺栓結(jié)構(gòu)布置如圖1所示, 機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速為 3000 r/min, 在啟停機(jī)次數(shù)大約 800次之后, 風(fēng)扇座環(huán)連接螺栓發(fā)生斷裂。斷口分析認(rèn)為, 其螺栓破壞為低周疲勞斷裂。
從螺栓疲勞斷口圖 (見圖2) 來看：區(qū)域A為裂紋萌生區(qū)域, 該區(qū)域?yàn)槁菁y的根部區(qū)域, 參考 ASME 標(biāo)準(zhǔn), 該部位的應(yīng)力集中系數(shù)不小于3.9, 屬于應(yīng)力敏感區(qū)域, 也是螺栓斷裂的常見多發(fā)位置;區(qū)域 B 為裂紋擴(kuò)展區(qū)域;區(qū)域 C 為斷裂失效區(qū)。
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螺栓斷裂分析的最新內(nèi)容
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ABAQUS 螺栓連接非線性分析案例10個(gè)月前
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、與螺栓預(yù)緊相關(guān)的工程師
你會(huì)得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握靜力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、理解螺栓連接的分析步的建立
4、學(xué)習(xí)螺栓連接接觸分析的相互關(guān)系的設(shè)置
5、了解靜力學(xué)網(wǎng)格的劃分
6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對(duì)比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
SCR脫硝項(xiàng)目在試運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)問題。振動(dòng)問題的產(chǎn)生與風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率有一定關(guān)系——小于35Hz以下，煙道系統(tǒng)工作正常；大于35Hz以下，煙道系統(tǒng)出現(xiàn)異響。振動(dòng)發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致聯(lián)軸器襯套膜片斷裂。為保證正常投產(chǎn)運(yùn)行，需要找出風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因，解決振動(dòng)問題。為了了解風(fēng)機(jī)上游煙道與下游煙道氣體流動(dòng)特征，需要對(duì)流動(dòng)進(jìn)行CFD模擬。
為了排除振動(dòng)問題是由氣體在管道結(jié)構(gòu)中流動(dòng)誘發(fā)，通過 CFD 數(shù)值模擬的方法
摘要：本實(shí)例展示了如何使用經(jīng)濟(jì)軸對(duì)稱模型對(duì)螺栓管法蘭連接進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以及如何評(píng)估軸對(duì)稱模型的精度。模型中使用了多級(jí)子模型分析對(duì)比不同大小子模型對(duì)于分析結(jié)果精度的影響。結(jié)果表明，簡(jiǎn)化的軸對(duì)稱子模型在分析精度上具有較好的保真度。
關(guān)鍵詞：接觸，螺栓載荷，局部坐標(biāo)系定義
1.幾何模型
螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)主要包含三部分：法蘭（flange）、螺栓（bolt）、墊片（gasket）。各部件的幾何形狀和尺寸取自
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)壓力管道的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)螺栓連接非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性靜結(jié)構(gòu)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)螺栓連接非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力管道螺栓連接分析
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、與螺栓預(yù)緊相關(guān)的工程師
你會(huì)得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握靜力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、理解螺栓連接的分析步的建立
4、學(xué)習(xí)螺栓連接接觸分析的相互關(guān)系的設(shè)置
5、了解靜力學(xué)網(wǎng)格的劃分
6、學(xué)習(xí)螺栓預(yù)緊載荷的施加
7、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對(duì)比
案例介紹：
所使用軟件為
<p> 螺栓預(yù)緊力是屬于裝配載荷中的一類，它可以用來仿真結(jié)構(gòu)中緊固件上的載荷。通常施加在用戶定義的預(yù)拉伸截面上。總體而言預(yù)緊的螺栓分類兩類：1D螺栓、3D螺栓。</p><p> 輸入文件用法∶使用以下選項(xiàng)定義通過梁或者桿單元模擬的緊固件上的裝配載荷。本案例重點(diǎn)講解如何創(chuàng)建1D螺栓預(yù)緊力。</p><p><br><
有相應(yīng)的視頻課程，如果對(duì)軟件比較熟悉，可以直接購(gòu)買調(diào)試好的計(jì)算模型。
01 應(yīng)用背景
斷裂力學(xué)是研究含裂紋物體的強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展規(guī)律的科學(xué)，固體力學(xué)的一個(gè)分支，又稱裂紋力學(xué)，起源于20世紀(jì)20年代A.A.格里菲斯對(duì)玻璃低應(yīng)力脆斷的研究。其后，國(guó)際上發(fā)生了一系列重大的低應(yīng)力脆斷災(zāi)難性事故，促進(jìn)了這方面的研究，并于50年代開始形成斷裂力學(xué)。根據(jù)所研究的裂紋尖端附近材料塑性區(qū)的大小，可分為線彈性斷裂力學(xué)和彈塑性斷裂力學(xué)；根據(jù)所研究的引起材料斷裂的載荷性質(zhì)，可分為斷裂
