螺栓接頭失效分析的案例
Abaqus復(fù)合材料螺栓接頭的失效分析
螺栓接頭是由碳纖維增強(qiáng)聚合物材料(CFRP)制成的兩個(gè)平板組成，兩個(gè)板具有相同的8層布局（對稱），并且使用堆疊的連續(xù)殼單元建模。層失效是通過Hashin失效準(zhǔn)則作為損傷初始和斷裂能量作為損傷演化的建模。
幾何
三個(gè)Part實(shí)例，其中兩個(gè)為150x25x3.8 mm 的CFRP平板，一個(gè)為M14的Steel螺栓。如下圖所示，螺栓直徑比平板孔直徑小0.5mm。
圖1 : 復(fù)合板（左）和螺栓（右）
材料
鋼螺栓：楊氏模量210e3 MPa，泊松比0.3，密度7850e-12 ton/mm3
復(fù)合板：由多個(gè)與負(fù)載方向和板長度方向不同的多個(gè)單向（UD）層構(gòu)成，詳細(xì)的CFRP復(fù)材參數(shù)如下圖。
圖2 : CFRP 材料建模 (彈性屬性, Hashin準(zhǔn)則初始, 斷裂能量演化)
損傷失效建模，對 Abaqus 的 CFRP 復(fù)合損傷進(jìn)行建模，需要綜合兩個(gè)建模方面對材料退化：失效萌生Failure initiation和失效演化failure evolution。依賴于第一層失效標(biāo)準(zhǔn)（first ply failure criteria），針對層失效用戶可以評(píng)估復(fù)合結(jié)構(gòu)為FAIL/PASS。此評(píng)估是最保守的評(píng)估，其根據(jù)第一層失效準(zhǔn)則，依賴于純后處理生成的失效包絡(luò)，這些標(biāo)準(zhǔn)不允許材料退化或單元?jiǎng)h除。
展開 螺栓失效的熱力耦合疲勞仿真分析
研究背景
1、螺栓失效風(fēng)險(xiǎn)分析的必要性
螺栓被稱為“工業(yè)之米”，是應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)零件之一。緊固件是傳遞載荷的重要連接節(jié)點(diǎn)，其可靠性與整個(gè)裝備或結(jié)構(gòu)的安全可靠運(yùn)行密切相關(guān)。隨著制造業(yè)水平的提高和對產(chǎn)品可靠性的愈發(fā)重視，對緊固件失效的關(guān)注度也越來越高。失效分析是提高產(chǎn)品可靠性的重要途徑，有助于改進(jìn)設(shè)計(jì)、預(yù)防事故發(fā)生，主要分析內(nèi)容為：
(1) 緊固件失效、松動(dòng)仿真模型；
(2) 預(yù)測失效原因、失效模式及位置；
3)與實(shí)驗(yàn)對比，得出仿真精度。
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Workbench螺栓失效與校核技術(shù) ￥10
<p><strong>模擬方法：</strong></p><p>?1，不建立幾何，通過支反力校核</p><p>?2，建立螺栓關(guān)系，采用Beam Connection施加預(yù)緊力</p><p>?3，建立線體，施加預(yù)緊力</p><p>?4，建立螺栓實(shí)體，不考慮螺紋，施加預(yù)緊力</p><p>?5，建立螺栓實(shí)體，考慮等效螺紋效應(yīng)</p><p>?6，建立螺紋特征，進(jìn)行精細(xì)分析</p><p><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img title="1.png" style="max-width:760px;" alt="1.png" src="https://img.jishulink.com/upload/201910/2113b23bba714682a92e65ae2e7ec331.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201910/2113b23bba714682a92e65ae2e7ec331.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201910/2113b23bba714682a92e65ae2e7ec331.png?
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某市軌道交通車輛發(fā)生螺栓失效，看VDI2230如何扭轉(zhuǎn)乾坤 附VDI2230-2下載
對于其它解決方案，比如將同樣規(guī)格的8.8級(jí)螺栓換成10.9級(jí)螺栓，螺栓實(shí)際收到的最大拉力不變，還是154485N，而此10.9級(jí)螺栓通過力矩鎖緊方式可以承受的極限載荷為145000N ，抗屈服的安全系數(shù)為
雖然大于采用8.8級(jí)螺栓時(shí)的安全系數(shù)0.9，但依然小于許用的安全系數(shù)，螺栓也必然失效。
通過VDI 2230 方法進(jìn)行計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)：在此應(yīng)用中，如果不加墊片，采用8.8級(jí)的螺栓安全系數(shù)為1.4，足夠滿足要求。而如果加了墊片，無論是原來的8.8級(jí)螺栓(安全系數(shù)0.93)還是10.9級(jí)螺栓（安全系數(shù)0.9），都無法滿足安全系數(shù)的要求。所以，此螺栓的失效從應(yīng)用角度看是意料之外，但從螺栓的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果看是情理之中。
但必須強(qiáng)調(diào)的是，加墊片不是一定會(huì)造成螺栓失效，而是會(huì)是螺栓在工作狀態(tài)下受到的拉力比其它條件相同而不加墊片時(shí)更大，但是是否失效，需要詳細(xì)計(jì)算才能確定。在很多行業(yè)中也有很多加墊片的應(yīng)用，有的是為了防止壓潰零件表面，有的是為了保證足夠的預(yù)緊力。目的不同，但殊途同歸，都是為了保證結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，這就需要采用VDI 2230 導(dǎo)則進(jìn)行計(jì)算，具體問題具體分析。
下載地址：VDI2230-2下載
展開 管道接頭的等向硬化仿真分析
1.背景及意義
盤為代表的管道連接結(jié)構(gòu)常常是整個(gè)系統(tǒng)中最容易發(fā)生失效的位置，因此，對管道接頭的接觸分析就顯得尤為必要，由于仿真能夠觀測處更準(zhǔn)確的應(yīng)力應(yīng)變情況且時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本低，故本案例以法蘭盤為例，對法蘭盤管道接頭進(jìn)行仿真分析。
2.問題描述
圖1給出了法蘭盤的基本幾何尺寸及法蘭盤接頭的物理模型，其中圖1（A）為幾何尺寸，圖1（B）為物理模型。應(yīng)當(dāng)注意的是，考慮到連接處的局部效應(yīng)，草圖中保留了長0.1mm的管道（圖中紅色標(biāo)志區(qū)域），也正因?yàn)槿绱耍朔ㄌm盤接頭并非對稱結(jié)果，但在仿真中，為節(jié)約分析時(shí)間對模型進(jìn)行簡化分析，采用軸對稱單元進(jìn)行分析，仿真分析全程采用統(tǒng)一的mm建模單位。
圖1幾何模型（A）幾何尺寸（B）物理模型
3.有限元分析
模型采用外部導(dǎo)入方式打開，正式在Abaqus中分析的步驟如下圖2所示。主要包括：查看法蘭盤接頭部件，檢查部件模型信息是否丟失、查看部件屬性（包括材料參數(shù)定義，截面塑性定義、單元定義）、查看裝配、檢查分析步設(shè)置、定義接觸（采用自動(dòng)面面接觸）、定義約束（模型兩端施加250KN）、最后定義初始邊界條件（主要是溫度場實(shí)現(xiàn)4次25攝氏度→350攝氏度的升溫和350攝氏度→25攝氏度的降溫）、之后對模型進(jìn)行等向硬化分析，需要導(dǎo)入材料的實(shí)際塑性數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)注意：由于拉伸計(jì)的限制，一般拉伸樣條測試得到的工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線，需要轉(zhuǎn)化為真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系才能用于有限元分析材料的定義。真實(shí)的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)見附件，這里不再單獨(dú)說明。最后對導(dǎo)入的硬化數(shù)據(jù)表進(jìn)行擬合，刪除塑性數(shù)據(jù)中的最后一行重復(fù)數(shù)據(jù)即可提交求解。最后通過可視化后處理模塊Visualization進(jìn)行等效塑性應(yīng)變及應(yīng)力云圖的分析查看·。得到的云圖結(jié)果如圖3所示。可以發(fā)現(xiàn)，法蘭盤接頭的四周應(yīng)變值較大，而中間靠近圓心的倒角處反而處于較低的應(yīng)力應(yīng)變范圍。
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駕駛室接頭剛度分析規(guī)范
關(guān)于拉桿接頭鍛件裂紋的分析與整改
再就是淬火后放置在空氣中時(shí)間太長，回火不夠及時(shí)，導(dǎo)致回火前或者在回火過程中開裂，當(dāng)然這些都要從失效件中進(jìn)行金相檢查、分析判斷。
該拉桿接頭因?yàn)槭钦馉顟B(tài)，對整個(gè)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常，所以沒有經(jīng)過淬火過程，故可以排除熱處理導(dǎo)致的裂紋，后續(xù)重點(diǎn)從鍛造方面以人機(jī)料法環(huán)的方法進(jìn)行分析，具體如表1所示。
表1 產(chǎn)品缺陷問題分析
通過分析可以看出，原材料缺陷是產(chǎn)生裂紋的主因，因此我們對裂紋處進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)存在脫碳現(xiàn)象，同時(shí)裂紋無明顯的方向性，在接頭的桿部及頭部都有，據(jù)此就要查原材料，我們對庫存材料進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分材料表面存在類似劃傷的現(xiàn)象，有很多條劃痕，故對此材料按照GB/T 15711-2018 鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢測方法進(jìn)行了塔形發(fā)紋試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果一塊合格無發(fā)紋，另一件在階梯一有多條發(fā)紋，最長29mm，階梯三有多條細(xì)小發(fā)紋，故不合格，見圖4。
圖4 材料缺陷
因我們的工件是鍛件，故按照標(biāo)準(zhǔn)從該材料上取樣進(jìn)行頂鍛試驗(yàn)，從看到表面有多條劃痕的材料上取樣進(jìn)行頂鍛，發(fā)現(xiàn)頂鍛后試樣上有裂縫(見頂鍛后照片)，從表面沒有劃痕的材料上取樣再次進(jìn)行頂鍛試驗(yàn)，試樣沒有任何缺陷，故判斷該批材料不合格并進(jìn)行封存，出現(xiàn)此次質(zhì)量問題的原因在原材料上。
整改和預(yù)防措施
⑴按照鋼材的國家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制鋼材的低倍組織要求，不得有目視所見的縮孔、夾雜、裂紋、白點(diǎn)和氣泡等缺陷，一般疏松、中心疏松、錠型疏松均符合各等級(jí)要求，確保鋼廠提供材料的一致性，減小發(fā)紋產(chǎn)生的數(shù)量及尺寸，有質(zhì)量要求很高的工件建議與鋼廠簽訂獨(dú)立的協(xié)議材料，由鋼廠確保原材料的質(zhì)量，這是最關(guān)鍵的也是最重要的。
展開 套管偏梯形螺紋接頭有限元分析
套管偏梯形螺紋接頭有限元分析.pdf
WB13.0螺栓疲勞校核（接觸分析，螺栓預(yù)緊力，疲勞分析模）
高強(qiáng)螺栓結(jié)構(gòu)應(yīng)力與疲勞校核分析報(bào)告.zip
高強(qiáng)螺栓的疲勞分析校核。應(yīng)用WB自帶的疲勞分析模塊，對螺栓進(jìn)行應(yīng)力分析和疲勞校核。
特點(diǎn)：疲勞分析模塊的應(yīng)用；螺栓預(yù)緊力；對稱，多載荷步；接觸非線性。
由于涉及企業(yè)隱私，和單位法規(guī)的規(guī)定，隱去報(bào)告中含有隱私的 部分，望大家見諒和理解，歡迎大家討論，共同進(jìn)步。
Abaqus帶螺紋螺栓接觸應(yīng)力分析淺析 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應(yīng)力分析淺析
在實(shí)際情況下，很多結(jié)構(gòu)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(jì)算是個(gè)難點(diǎn)。目前的常規(guī)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(shí)應(yīng)力，圖1為某結(jié)構(gòu)連接螺栓簡化的beam梁應(yīng)力云圖，沒有接觸應(yīng)力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結(jié)果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網(wǎng)格建模）、計(jì)算量大（接觸收斂困難），如圖為某結(jié)構(gòu)帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計(jì)算得出的結(jié)果（圖3）：
圖3 計(jì)算結(jié)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(jié)果？
運(yùn)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(shè)置跟實(shí)際螺紋形狀有關(guān)聯(lián)的參數(shù)，如牙角、螺距、螺栓小徑等，就可以模擬真實(shí)的連接螺栓接觸狀況。既可以得到足夠精確的分析結(jié)果，又節(jié)省了時(shí)間專注進(jìn)行其他的分析設(shè)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(jié)構(gòu)直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結(jié)構(gòu)直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
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【會(huì)議通知】全國第十屆航空航天裝備失效分析研討會(huì)暨第三屆全國非金屬失效分析學(xué)術(shù)會(huì)會(huì)議通知
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固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)柔性接頭拉伸載荷下強(qiáng)度分析
摘要: 柔性接頭是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管的執(zhí)行部件, 由若干同心的環(huán)狀球體的彈性件、增強(qiáng)件以及前后
法蘭相互交替地粘接在一起而成, 采用軸對稱有限元法對柔性接頭在拉伸載荷下進(jìn)行了強(qiáng)度分析, 得到了在
015M Pa 彈射壓強(qiáng)的拉伸載荷作用下柔性接頭應(yīng)力分布, 由此計(jì)算彈性件與增強(qiáng)件之間界面最大拉應(yīng)力及層
間剪應(yīng)力分別為2134M Pa 和0128M Pa, 界面粘接強(qiáng)度滿足使用要求。
固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)柔性接頭拉伸載荷下強(qiáng)度分析.PDF
COSMOSWorks使裝配體的分析變得簡單——接頭處理
接頭是一種用來定義某個(gè)面與另一個(gè)面或與地之間連接方式的裝置。在很多實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到接頭，并且使用它可以簡化建模的過程。在許多情況下，專業(yè)的分析人員可以直接模擬所需的行為，而不必生成詳細(xì)的幾何體或定義接觸條件。但是，盡管他們有專業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行裝配體的分析仍然非常困難，并且需要消耗大量時(shí)間。例如模擬銷釘連接，專業(yè)的分析人員通常必須對穿過鉸鏈圓筒的銷釘進(jìn)行建模，并定義銷釘和圓柱表面之間的縫隙接觸，然后才能開始真正的分析。他們需要有足夠智能的軟件為他們完成其中最困難的部分，這正是ＣＯＳＨＯＳＷｏｒｋｓ和ＣＯＳＨＯＳＤｅｓｌｇｎＳＴＡＲ所具備的，這兩個(gè)程序中包含虛擬的接頭，使得包括銷釘、彈簧、螺栓和螺釘裝配體的分析都變得非常輕松和快速。并且ＣＯＳＨＯＳＷｏｒｋｓ在精確度上沒有任何折扣，它提供簡潔的用戶界面，采用直接簡單的輸入，將許多以前由分析人員執(zhí)行的任務(wù)放到軟件中執(zhí)行，從而得到全面、精確的結(jié)果。
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