螺栓計(jì)算
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-10-08
螺栓計(jì)算的視頻教程
德國(guó)螺栓聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算學(xué)科VDI2230精講
至于其余30%內(nèi)容，以及各種實(shí)際案例的分析、計(jì)算內(nèi)容，歡迎參加我的線(xiàn)下課。作者：螺栓設(shè)計(jì)老張，微信：stoutstem
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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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基于hyperworks&abaqus的螺栓滑移仿真分析計(jì)算
本課程詳細(xì)詳細(xì)介紹了如何利用hyperworks軟件，對(duì)緊固件鏈接對(duì)進(jìn)行網(wǎng)格劃分及接觸對(duì)創(chuàng)建和螺栓預(yù)緊力的施加，以及如何在不打開(kāi)abaqus軟件的前提下，用簡(jiǎn)單命名調(diào)用abaqus求解器，來(lái)仿真求解施加外力后，施加螺栓預(yù)緊力的接觸面之間是否會(huì)出現(xiàn)滑移，以此判斷緊固件選型及扭矩設(shè)定是否合理。 素材.zip
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螺栓計(jì)算的實(shí)例教程
導(dǎo)讀：提到螺栓計(jì)算，大家首先想到借助于有限元工具進(jìn)行。但是我認(rèn)為螺栓計(jì)算不能用有限元進(jìn)行，不但不完整、不精確，而且是根本無(wú)法進(jìn)行。原因如下：我們對(duì)螺栓的計(jì)算歸納起來(lái)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(jì)算出其中三個(gè)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(wú)法計(jì)算的。原因是在用有限元法計(jì)算螺栓應(yīng)力的時(shí)候，都是將螺栓簡(jiǎn)化成光桿，而光桿是沒(méi)有螺紋牙的，因此就無(wú)法計(jì)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(jì)算結(jié)果
抗滑移的安全系數(shù)同樣無(wú)法用有限元法求取。
我們說(shuō)螺栓為什么需要五大安全系數(shù)呢？是否可以忽略掉幾個(gè)安全系數(shù)？
答案是五大安全系數(shù)缺一不可，因?yàn)?em>螺栓及其被夾緊件會(huì)有五種失效形式。不經(jīng)過(guò)計(jì)算是無(wú)法預(yù)測(cè)螺栓會(huì)按照哪種形式失效。因此五大安全系數(shù)必須要全面計(jì)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(qiáng)度等級(jí)、也不僅僅取決于被夾緊件的設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行輸入的悖論，因此，利用有限元軟件是無(wú)論如何無(wú)法進(jìn)行完整的螺栓計(jì)算的。
具體來(lái)說(shuō)有限元計(jì)算螺栓的不適用性如下：
無(wú)法求取需要的預(yù)緊力或預(yù)緊力矩；
安全系數(shù)計(jì)算不完整；
由于以光桿代替螺桿，計(jì)算不精確；
成本高，結(jié)果一致性不高；
邏輯性不強(qiáng)；
無(wú)法指導(dǎo)被加緊件的設(shè)計(jì)；
并且只能獲得應(yīng)力，無(wú)法對(duì)應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此適用于被夾緊件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜情況下的個(gè)別計(jì)算步計(jì)算。
展開(kāi) （5）螺栓計(jì)算工具包將VDI2230螺栓計(jì)算準(zhǔn)則與ANSYSWorkbench軟件結(jié)合，使用戶(hù)定性的評(píng)估大量的螺栓，同時(shí)適用于復(fù)雜的裝配結(jié)構(gòu)。
（6）基于該工具包進(jìn)行螺栓計(jì)算，可直接利用有限元模型中的幾何信息及計(jì)算結(jié)果，省去中間一些繁瑣的計(jì)算過(guò)程，快速準(zhǔn)確的進(jìn)行螺栓校核計(jì)算。
（7）螺栓計(jì)算工具包集成了KISSSoft螺栓數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，為螺栓的定義提供了標(biāo)準(zhǔn)值，可在計(jì)算中直接引用。
（8）螺栓計(jì)算工具包支持靜力及動(dòng)力評(píng)估，方便進(jìn)行多螺栓系統(tǒng)計(jì)算，識(shí)別關(guān)鍵螺栓。
（9）計(jì)算結(jié)果（安全因子）的可視化圖形顯示，快速識(shí)別關(guān)鍵連接部位。
（10）計(jì)算完成后，可針對(duì)每個(gè)螺栓輸出計(jì)算報(bào)告。
展開(kāi) ■ 螺栓計(jì)算工具包將VDI2230螺栓計(jì)算準(zhǔn)則與ANSYS Workbench軟件結(jié)合，使用戶(hù)定性地評(píng)估大量的螺栓，同時(shí)適用于復(fù)雜的裝配結(jié)構(gòu)。
■ 基于該工具包進(jìn)行螺栓計(jì)算，可直接利用有限元模型中的幾何信息及計(jì)算結(jié)果，省去中間一些繁瑣的計(jì)算過(guò)程，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行螺栓校核計(jì)算。
■ 螺栓計(jì)算工具包集成了KISSSoft螺栓數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，為螺栓的定義提供了標(biāo)準(zhǔn)值，可在計(jì)算中直接引用。
■ 螺栓計(jì)算工具包支持靜力及動(dòng)力評(píng)估，方便進(jìn)行多螺栓系統(tǒng)計(jì)算，識(shí)別關(guān)鍵螺栓。
■ 計(jì)算結(jié)果（安全因子）的可視化圖形顯示，快速識(shí)別關(guān)鍵連接部位。
■ 計(jì)算完成后，可針對(duì)每個(gè)螺栓輸出計(jì)算報(bào)告。
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展開(kāi) 問(wèn)題：
VDI2230關(guān)于螺栓的計(jì)算中對(duì)于螺栓載荷的提取沒(méi)有過(guò)多的涉及，本文針對(duì)偏心載荷的提取問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
VDI2230中，對(duì)于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線(xiàn)到截面彎矩為0的點(diǎn)之間的距離。
對(duì)于實(shí)際螺栓連接問(wèn)題，幾何結(jié)構(gòu)和載荷狀態(tài)復(fù)雜多變，使用經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)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(jìn)行對(duì)比計(jì)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(shí)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(gè)側(cè)面設(shè)定為，frictionless Support，等效對(duì)稱(chēng)邊界。（這里沒(méi)有使用圓周循環(huán)對(duì)稱(chēng)邊界，是因?yàn)閳A周對(duì)稱(chēng)邊界不能支持截面彎矩提取）
注意，在輸出控制中 打開(kāi)“Nodal Forces”，用于端蓋截面的彎矩提取。
計(jì)算完成后，在結(jié)果提取中，插入Probe——Moment Reaction——使用surface類(lèi)型進(jìn)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(xiàn)，讀取彎矩為0位置的距離值，再進(jìn)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(gè)人認(rèn)為仿真結(jié)果17.535，除了在循環(huán)對(duì)稱(chēng)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(bǔ)充案例：
以機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)兩端固支梁，在均布載荷下的反彎點(diǎn)計(jì)算模型為例進(jìn)行驗(yàn)證。
仿真結(jié)果
公式計(jì)算值42.2mm，仿真結(jié)果42.23mm。
展開(kāi) 此貼為螺栓受力計(jì)算評(píng)估，基本為理論計(jì)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(jì)算出的預(yù)緊力為1890N~2304N.
螺栓鎖入安裝面板的長(zhǎng)度：插座法蘭厚度3.7mm, 量得螺栓鎖入安裝面板的長(zhǎng)度為6.3mm, 螺紋圈數(shù)為9圈；我司現(xiàn)行設(shè)計(jì)法蘭厚度為5mm ，故螺栓鎖入安裝面板的長(zhǎng)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(shí)，9圈螺紋的預(yù)緊力為2265N， 7圈螺紋時(shí)的預(yù)緊力為2176N。而在只擰緊9圈時(shí)或者只擰緊7圈時(shí)，因承受力量最大的基本是前6圈，所以，7國(guó)圈螺紋與9圈螺紋實(shí)質(zhì)能產(chǎn)生的預(yù)緊力是基本一樣的。
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螺栓計(jì)算的最新內(nèi)容
綁定、無(wú)摩擦與摩擦接觸的對(duì)比分析1個(gè)月前
本案例重點(diǎn)考察梁與柱之間的接觸，并采用摩擦接觸進(jìn)行計(jì)算。螺栓預(yù)緊力會(huì)在梁與柱之間產(chǎn)生壓力，而摩擦接觸可阻止二者發(fā)生相對(duì)滑移（見(jiàn)圖 3）。
圖 3 梁與柱之間的摩擦接觸
4、定義分析設(shè)置并施加邊界條件。
設(shè)置兩個(gè)分析步：
第一步，施加螺栓預(yù)緊力；
第二步，在梁的頂面施加豎向荷載。
邊界條件示意圖如圖 4 所示。
1.問(wèn)題描述
前面計(jì)算了螺栓連接為beam方式建立的方法，當(dāng)前考慮螺栓為實(shí)體螺栓，當(dāng)一組零件中有螺栓的存在，螺栓會(huì)添加一個(gè)預(yù)緊力，之后組件受到其他的沖擊碰撞等受力，查看整體變形和應(yīng)力分布情況
2.問(wèn)題分析
由于lsdyna自身的原因，計(jì)算的步長(zhǎng)受到材料密度、彈性模量、網(wǎng)格大小等因素影響，不可控制，只能計(jì)算很短時(shí)間內(nèi)的一個(gè)變形。如果延長(zhǎng)時(shí)間則計(jì)算量過(guò)大，沒(méi)有意義了。
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》計(jì)算單個(gè)螺栓的承載能力，計(jì)算過(guò)程如下：
上式中：d為螺栓直徑，f為螺栓設(shè)計(jì)強(qiáng)度190MPa，Ae為螺栓有效截面積。各參數(shù)的取值及計(jì)算可查閱文末參考文獻(xiàn)《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》，這里不在贅述，經(jīng)計(jì)算螺栓最大拉力37.5KN，最大剪力17.5KN，選型滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
VDI2230關(guān)于螺栓偏心彎矩和外載彎矩的一些理解7個(gè)月前
在前文提及的，被夾緊件兩側(cè)等效變形區(qū)軸向剛度計(jì)算 和 被夾緊件計(jì)算偏心距Ssym已經(jīng)計(jì)算完成條件下，對(duì)螺栓彎曲應(yīng)力的計(jì)算梳理如下：
一：將螺栓彎曲問(wèn)題計(jì)算模型簡(jiǎn)化：
? 螺栓桿為可變形體；
? 螺栓頭/螺母理解為剛性體；
? 兩側(cè)被連接件抽取等效變形體為兩個(gè)壓縮彈簧；
二：螺栓擰緊過(guò)程的變形過(guò)程如下圖所示:
螺栓在初始預(yù)緊力Fn作用下，軸向壓縮兩側(cè)被連接件。
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》計(jì)算單個(gè)螺栓的承載能力，計(jì)算過(guò)程如下：
上式中：d為螺栓直徑，f為螺栓設(shè)計(jì)強(qiáng)度190MPa，Ae為螺栓有效截面積。各參數(shù)的取值及計(jì)算可查閱文末參考文獻(xiàn)《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》，這里不在贅述，經(jīng)計(jì)算螺栓最大拉力37.5KN，最大剪力17.5KN，選型滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
圖2：Hashiguchi摩擦模型參數(shù)定義
螺栓松動(dòng)計(jì)算案例
Junker試驗(yàn)通常用于研究橫向振動(dòng)載荷下螺栓接頭的自松現(xiàn)象。螺栓自松動(dòng)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。為了簡(jiǎn)化分析，上板的形狀采用圓柱體，下螺母外表面在垂直方向上固定，以模擬下安裝板的固定效果。
其功能覆蓋線(xiàn)性/非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)分析、振動(dòng)聲學(xué)、疲勞壽命、熱-結(jié)構(gòu)耦合等多場(chǎng)景（例如電子設(shè)備的熱-結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真、新能源汽車(chē)電池包的電-熱-力耦合優(yōu)化），尤其在輕量化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新優(yōu)化中表現(xiàn)突出：
支持拓?fù)鋬?yōu)化（如復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)）、形貌優(yōu)化（薄壁件）等多種算法，可在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料高效利用；
通過(guò)統(tǒng)一模型架構(gòu)，工程師能無(wú)縫銜接隱式與顯式分析（如從螺栓預(yù)緊力計(jì)算到跌落測(cè)試仿真），避免多軟件切換的效率損耗
螺栓預(yù)緊力加載全攻略10個(gè)月前
比如在一個(gè)設(shè)備的振動(dòng)部件連接中，如果螺栓松動(dòng)，就很容易出現(xiàn)這種情
二、螺栓預(yù)緊力計(jì)算原理詳解
在 ANSYS 里添加好模型后，給螺栓施加預(yù)緊力有不少細(xì)節(jié)要注意。
1.施加位置：螺栓預(yù)緊力（bolt pretension）要加在螺栓的外圓柱面上。大家可以理解為，在螺栓的 “側(cè)面” 進(jìn)行受力添加操作。
問(wèn)題：
VDI2230關(guān)于螺栓的計(jì)算中對(duì)于螺栓載荷的提取沒(méi)有過(guò)多的涉及，本文針對(duì)偏心載荷的提取問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
VDI2230中，對(duì)于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線(xiàn)到截面彎矩為0的點(diǎn)之間的距離。
對(duì)于實(shí)際螺栓連接問(wèn)題，幾何結(jié)構(gòu)和載荷狀態(tài)復(fù)雜多變，使用經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)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。
仿真流程
結(jié)果與效果
?分析結(jié)構(gòu)的溫度分布，進(jìn)一步分析其熱應(yīng)力
?熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，得出螺栓連接的應(yīng)力分布云圖
?計(jì)算螺栓80個(gè)截面的應(yīng)力分量變幅均值、雨流計(jì)數(shù)、Miner損傷累積、S-N曲線(xiàn)修正等，基于ASME和RCCM規(guī)范，采用截面平均法時(shí)取4倍疲勞衰減系數(shù)，則60年內(nèi)螺栓疲勞耗用系數(shù)最大為0.753
閥門(mén)
? 設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)
‐ 在油氣生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣復(fù)雜的閥門(mén)
