VDI的案例
某市軌道交通車輛發生螺栓失效，看VDI2230如何扭轉乾坤 附VDI2230-2下載
二、VDI 2230 不是標準而是設計導則
人類對螺栓的使用歷史悠久，早在古羅馬事情就有應用。但對螺栓的受力研究最深入的還是德國工程師協會Verein Deutscher Ingeneur 的標準 VDI2230。
VDI 2230 更確切地說不是標準而是設計導則。通俗來講，標準的作用類似于字典，使用者只需按圖索驥找到相應的條目查詢即可，而設計導則更多地是原理的講解、公式的推導和方法的選用規范。
VDI 2230共分兩卷，VDI 2230-1和VDI 2230-2。后者是對多個螺栓或是一組螺栓在外載荷作用下，各個螺栓如何分擔承受此外載荷，也就是說將承擔相同力學任務的一組按一定規則或者不規則排布的螺栓看成一個整體，在這個整體受到3個方向的力和3個方向的力矩（如外力分量不足6個人，則認為相應的缺失力或力矩值為0）的情況下，各個螺栓上被分配到的力不盡相同，但是到底多大，這是VDI 2230-2的任務，是進行螺栓計算的第一步，即把外載荷的作用精確地分配到各單個螺栓上。然后再根據VDI2230-1的理論，對單個螺栓進行計算。
雖然VDI2230-1在計算順序上排在VDI2230-2之后，但確是整個螺栓計算中的難上之難、重中之重，它不僅精確地分析了螺栓受力時的力學原理，而且把計算過程嚴格地進行程序化。這是德國工程師深入研究一絲不茍以及嚴格遵守流程的絕佳體現。
三、VDI2230導則在實際工程的應用解析
VDI 2230博大精深，后續會有一整套課程詳細講解。如下圖：本文由于篇幅所限，只是引出VDI2230這個導則在工程實際中的一個應用。比如針對本文開頭提到的螺栓斷裂問題，顯然不是由于載荷過大，也不是螺栓選取不合理。
展開 基于VDI2230的螺栓校核工具
目前，國內外對高強度螺栓的評估，更精確的方式是基于《VDI 2230規范》。
VDI 2230是由德國機械工程師協會在1986年首次制定，經歷了30多年的實踐，為螺栓連接校核提供了系統性的參考。
圖 VDI 2230規范
該規范分為Part 1與Part 2兩個部分，其中大部分內容在Part 1中，主要介紹了對單螺栓問題的評估流程與細節，從理論上闡述了力、力矩以及變形之間的關系；Part 2部分是針對多螺栓問題進行的補充。VDI 2230規范既能通過理論公式、經驗公式等校核單個同心或偏心的夾緊/加載螺栓，也可以實現多螺栓系統的評估。但在這種方式中，如若純依靠人工手動計算，有些參數很難給出，并且用戶經常需要做出額外的假設，會導致有較高的安全系數，設計的域度過大。
圖 VDI 2230規范計算流程
為解決此問題，德國CADFEM公司基于VDI 2230規范和有限元方法，開發了高效的螺栓評估工具Bolt Assessment inside ANSYS。使用該軟件求解過程中，有限元計算結果和用戶自定義的參數可傳遞給后臺求解器，求解器基于此數據可計算出不同階段、不同方面的安全因子，并基于ANSYS Workbench強大、易用的后處理，允許用戶快速識別出關鍵螺栓。求解完成后，軟件將自動保存計算報告，報告中包含了所有的設計參數、計算過程數據、結果數據等，方便用戶的查詢與檢查。
展開 德國VDI2230螺栓計算終極武器，這次終于懂了 附VDI2230-1下載
所有適用于計算螺栓的工業軟件都是基于德國工程師協會的螺栓設計計算學科VDI2230開發的。
但是現有的工業軟件依然無法取代工程師的分析和理論計算。工業軟件只能對及其簡單的結構和非常簡單的工況下螺栓連接進行計算。例如：采用現有的工業軟件計算，螺栓的規格和等級是需要輸入的。但是這些信息正是我們所需要求取的，是未知量。因此，工業軟件無法直接求取螺栓規格和等級等信息。采用工業軟件計算，載荷引入點系數n也是需要輸入的。同樣，n值是未知量，需要我們求取的。
采用工業軟件，被夾緊件的幾何參數，如DA和DA‘很多情況下是不同的數值，這個是根據不同的結構，根據經驗來取值。而工業軟件無法區分各種不同的結構。
三、齒輪箱螺栓采用VDI2230理論計算結果
如下圖為高鐵鼓形齒聯軸器法蘭聯接螺栓。
經過計算，得到結果如下：
或者說是螺紋牙抗剪切的
安全系數為1.25
擰緊力矩需要65 Nm.
可見，采用VDI2230計算，邏輯清晰，結果完整，可靠性高。
四、三種計算結果的差異匯總
圖片來自網絡，版權歸原作者
VDI2230計算：成本低，結果一致性高。邏輯性強，可以實驗所有安全系數和預緊力矩的全部計算。適用于范圍廣，可以適用于復雜結構或復雜工況。既能通過計算獲得的應力，也能對應力結果進行評價。
下載地址：VDI2230-1
展開 螺栓VDI2230設計分析
概述
螺栓VDI2230（Bolt Assessment inside ANSYS）是在ANSYS軟件WB界面下，基于德國《VDI 2230系統計算高應力連接螺栓評估規范》形成的螺栓建模、關鍵參數分析和計算、螺栓評估工具。VDI2230規范既能通過理論和經驗公式、數據來評價單個同心或偏心夾緊圓柱螺栓接頭，也可實現多個系統的計算螺栓連接。但在這種方式中，有些參數很難評估給出，并且用戶經常做額外的假設，會導致有較高的安全系數，設計的域度過大。為了更好地計算螺栓的荷載并能夠更準確的評估，安世中德開發了螺栓VDI2230設計分析工具。
Bolt Assessment inside ANSYS在有限元仿真分析計算方法的基礎上，提出了一種合理的方法和指標，使用戶能基于VDI 2230利用有限元仿真結果評估螺栓。螺栓的重要參數，如強度等級、螺栓或孔的直徑可由用戶定義，在求解過程中，有限元計算值和用戶定義的參數可傳遞給螺栓設計計算模塊-Kisssoft，計算出不同階段下的校核解，這些計算結果可直接顯示在ANSYS界面上，并允許用戶快速識別出關鍵螺栓。此外，計算所生成的報告將保存在ANSYS WB界面下，自動顯示出每個螺栓的計算結果。
Bolt Assessment inside ANSYS集成于ANSYS，提供了高效可靠的螺栓建模、關鍵參數分析和計算、螺栓評估功能，為高強度螺栓設計和分析提供了非常專業的仿真與設計結合的解決方案。
2.
展開 
ansys Workbench螺栓載荷提取時，如何計算載荷偏心距離（VDI2230） ￥10
使用上述截面力矩提取方法，計算VDI2230中的初始條件，載荷偏心距a的插件，使用介紹。
插件主要實現，
1. 自動循環移動截面位置，提取X軸彎矩數據；
2. 繪制彎矩曲線圖；
3. 插值計算彎矩0點位置；
4. 在零點附近增補提取截面，精確插值結果;
VDI2230中關于扇形圓環截面的慣性矩公式小結 ￥10
背景：
在學習螺栓強度校核VDI2230的過程中，有使用到求：螺栓連接面的慣性矩問題。其中遇到對于圓周均勻分布的螺栓求取單個螺栓在通孔位置的慣性矩公式。
VDI2230未注明公式出處，為驗證準確性與機械設計手冊公式及制圖軟件進行對比。該過程中注意到如下問題：
問題：
機械設計手冊中關于“扇形圓環” 慣性矩的公式：
設計手冊中關于Ix特指穿過截面重心“S”的xx軸慣性矩。
當關注的軸線沒有穿過截面重心“S”時，簡單將Ix公式中ys替換為y會造成錯誤。
示例：
使用3D軟件和手冊推薦公式進行對比
原因：
關鍵點在于手冊中的“ys”特指穿過截面重心“S”的xx軸與圓心ox軸的距離。
展開 VDI2230進行螺栓強度評估中,對于Ssym的一些理解 ￥10
問題：
在學習VDI2230對螺栓進行強度評估校核過程中，涉及到一個知識點Ssym值，即螺栓偏心布置——螺栓軸線與被夾緊件的等效變形體軸線有一定偏離。通讀全文，關于Ssym的值如何計算，文中并未給出過多解釋。
個人理解：
本人在學習過程中，對于Ssym的理解和計算方式如下，請批評指正。
首先，對于一般螺栓連接夾緊模型，可以參考VDI2230關于變形錐和變形套筒的分割方式，在被夾緊件的螺栓兩側分別劃分出等效變形體。
下圖為一般多層夾緊件，螺栓兩側劃分出的等效變形體（紅色區域）（綠色區域為被夾緊件的幾何結構）
其次，結合關于Ssym的定義：
l Ssym： distance of the bolt axis from the axis of the imaginary laterally symmetrical deformation body.
l Ssym：螺栓軸線與假想對稱變形體軸線的距離。
即，Ssym為螺栓軸線與變形體中軸線的距離。螺栓軸線位置已知，因此，只需計算出紅色變形體的中軸線即可獲得與螺栓軸線的Ssym距離值。
紅色變形體的中軸線可以理解為，軸線左右兩側的變形體軸向剛度K1’ = K2’
這里先給出本人推導的Ssym計算公式，及其驗算結果。
計算思路和推導過程如下：
展開 VDI2230關于螺栓偏心彎矩和外載彎矩的一些理解 ￥10
問題：
在學習VDI2230對螺栓進行強度評估校核過程中，涉及到螺栓偏心載荷的附加彎矩和外載荷有彎矩作用時的螺栓計算問題。VDI2230文中提及彎矩會影響螺栓的預緊力計算，但是公式較為復雜不便理解，尤其是關于被夾緊夾彎曲柔度的計算較為模糊。
解決方法：——（個人理解，請批評指正）
本人在學習過程中，關于螺栓預緊力的計算主要參考了無彎矩的計算形式。但是彎矩又確實作用在了螺栓連接處，是螺栓載荷的一部分。因此，為了補充彎矩對螺栓強度的影響，這里直接計算了彎矩對應的螺栓應力。將彎矩載荷對應的螺栓應力參與到后續螺栓應力評估中。
在前文提及的，被夾緊件兩側等效變形區軸向剛度計算 和 被夾緊件計算偏心距Ssym已經計算完成條件下，對螺栓彎曲應力的計算梳理如下：
一：將螺栓彎曲問題計算模型簡化：
? 螺栓桿為可變形體；
? 螺栓頭/螺母理解為剛性體；
? 兩側被連接件抽取等效變形體為兩個壓縮彈簧；
二：螺栓擰緊過程的變形過程如下圖所示:
螺栓在初始預緊力Fn作用下，軸向壓縮兩側被連接件。由于兩側被連接件剛度不一致，螺栓產生一定彎曲變形。
展開 螺栓設計評估分析解決方案
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
本文共計1207字，閱讀時間預計4分鐘
編者按
Bolt Assessment inside ANSYS將VDI2230規范的過程與有限元計算進行了結合，提供了完整的螺栓計算分析功能，解決了螺栓VDI2230規范中的一些缺陷。
螺栓VDI2230（Bolt Assessment inside ANSYS）是在ANSYS軟件WB界面下，基于德國VDI2230系統計算高應力連接螺栓評估規范形成的螺栓建模、關鍵參數分析和計算、螺栓評估模塊。
VDI2230規范既能通過理論和經驗公式、數據來評價單個同心或偏心夾緊圓柱螺栓接頭，也可實現多個系統的計算螺栓連接，但在這種方式中，有些參數很難評估給出，并且用戶經常做額外的假設，會導致有較高的安全系數，設計的域度過大。
為了更好地計算螺栓的荷載并能夠更準確的評估，該工具提出了一種合理的方法和指標以能基于VDI2230規范利用有限元仿真結果評估螺栓。
■ 螺栓的重要參數，如強度等級，螺栓或孔的直徑可由用戶定義。在求解過程中，有限元計算值和用戶定義的參數可傳遞給螺栓設計計算模塊計算出不同階段下的校核解，這些計算結果可直接顯示在ANSYS界面上，允許用戶快速識別出關鍵螺栓。
展開 螺栓設計評估分析解決方案
螺栓VDI2230（Bolt Assessment inside ANSYS）是在ANSYS軟件WB界面下，基于德國VDI2230系統計算高應力連接螺栓評估規范形成的螺栓建模、關鍵參數分析和計算、螺栓評估模塊。VDI2230規范既能通過理論和經驗公式、數據來評價單個同心或偏心夾緊圓柱螺栓接頭，也可實現多個系統的計算螺栓連接，但在這種方式中，有些參數很難評估給出，并且用戶經常做額外的假設，會導致有較高的安全系數，設計的域度過大。
為了更好地計算螺栓的荷載并能夠更準確的評估,該工具提出了一種合理的方法和指標以能基于VDI2230規范利用有限元仿真結果評估螺栓。螺栓的重要參數，如強度等級，螺栓或孔的直徑可由用戶定義，在求解過程中，有限元計算值和用戶定義的參數可傳遞給螺栓設計計算模塊計算出不同階段下的校核解，這些計算結果可直接顯示在ANSYS界面上，允許用戶快速識別出關鍵螺栓。此外，計算所生成的報告將保存在ANSYSWB界面下，自動顯示出每個螺栓的計算結果。
圖1 功能菜單
圖2 軟件界面
提供完整的螺栓計算分析功能
Bolt Assessment inside ANSYS將VDI2230規范的過程與有限元計算進行了結合，提供了完整的螺栓計算分析功能：
1、模型信息的識別：支持采用“梁”及“實體”建立的螺栓模型，
l 梁螺栓模型：支持等效截面或變截面
圖3 梁模型截面
l 實體螺栓模型：根據用戶選擇的螺栓實體，可自動識別關鍵幾何（承壓面）及幾何參數（公稱直徑及螺栓長度），并支持修改。
展開 機床精度指標越低越好？NO！看清楚標準和算法再說話！
圖3 單/雙向時的定位精度及重復精度
▌ NMTBA標準
美國的NMTBA標準與ISO標準非常近似，一個區別就是：NMTBA標準喜歡采用單向丈量，而ISO標準建議雙向丈量；另一區別是NMTBA標準采用“滑動尺”(如同VDI標準)，這樣把精度與軸的長度關聯起來，而這一點ISO標準并未涉及。單從這一點來看，1972年出版的NMTBA標準也許有點過期，由于控制系統調節功能，諸如絲桿間隙補償等。現在已經能夠調整軸向移動中產生的誤差──不論軸的是非，而1988年出版的ISO標準則很顯然地反映出這一點。同樣應該留意的是，NMTBA標準在滑動尺這一點上與VDI標準相似。
還有一點區別，那就是NMTBA以正負值反映，而VDI和ISO以盡對值反映，實際上盡對值與正值和負值相等(也就是0.002mm，-0.002mm或±0.002mm=0.004mm)，兩種表達方式總的來說有相同的解釋，但技術上來說還是不一樣的。
▌ 德國標準
德國采用的標準VDI/DGQ(Verein Deutscher Ingeieure/Deutsche Gesellschaft fuer Qualitaet)與ISO及NMTBA標準基本相近，或者更正確地說，ISO標準與VDI及NMTBA標準相近。由于后二者在前者之前問世并且很明顯地被前者用做基礎。盡管計算方法及指標有區別，但關計算結果，即定位精度和重復精度在三種標準中相近。
德國VDI方法是文中所提及各種方法中最復雜的一種，該標準中的一些指標，若不做仔細分析，則很難搞清楚。指標“定位精度”不象在ISO標準中只有單一數字表達，而是分成四個部分：定位不確定性(P)，定位發散度(Ps)，反向誤差(U)和定位偏差(Pa)。
展開 
康謀分享 | 自動駕駛聯合仿真——功能模型接口FMI（終）
image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202408/attachment/3e314388f31c4b63a59ae4d610329440.png">
</figure>
</div><h3>1、實例化VDI</h3><p>VDI中提供了5種不同的車輛動力學模型，包括：</p><p>（1）2d：橫向自行車模型</p><p>（2）23d：底盤俯仰和側傾分離的橫向自行車模型</p><p>（3）3d：具有3D剛性車身和獨立車輪懸掛的橫向輪胎模型（計算量很大）</p><p>（4）拖車模型：用于牽引車輛</p><p>（5）FMU：基于FMI對于車輛動力學的不同描述</p><p>整個聯合仿真的進程可以分四個部分：</p><p>（1）根據車輛名稱匹配對應的ego</p><p>（2）在VehicleDB.json或是ego自己的asset包中確認所定義的車輛動力學模型</p><p>（3）實例化專屬的VDI來處理FMU，定義必須的輸入/輸出數據</p><p>（4）通過socket和pyfmi處理FMU</p><p>在實例化VDI時，我們將會遵循以下四個部分來獲取車輛動力學的相關數據</p><h3>2、通過UDP實現FMU的讀取</h3><p>在實例化VDI的同時，初始化一個UDP接口來處理收到的數據。
展開 VDI2230進行螺栓強度評估,任意被夾緊件等效變形體的創建方法 ￥10
VDI2230關于被夾緊件柔度的計算分了多種不同的形式。在應用過程中，嚴格區分/歸類實際螺栓連接的被夾緊件形式相對困難，特別是進行編程設計自動計算時，如果按手冊解釋的各種類型的不同公式歸類進行柔度計算，將非常難以實現。
但是，手冊也同時給出了一種解決任意復雜被夾緊件柔度的計算方法。就是將被夾緊件分割為等效變形錐和變形套環分別進行計算。
本人在學習過程中，在任意被夾緊柔度計算方法的基礎上，進行了大膽且合理的變更。將螺栓兩側被夾緊件分別對待，均獨立進行變形體的分割。如下所示：
對比施加螺栓預緊力載荷仿真模型，讀取被夾緊件的軸向應力結果：兩側不對稱變形體形態與仿真結果基本匹配。
以下為本人針對被夾緊件柔度計算的理論方法和編程實現的主要關鍵內容：（不含程序源碼）
一：被夾緊件的分割方式：變形錐和變形套環
? 由目標被夾緊件的上界面和下界面，確定目標被夾緊件層的邊緣點R1 、R2
? 已知：每層被夾緊件的參數值，V、U、Lk、R1、R2等參數
? 每個單側被夾緊件，先求解R_Da Gr 和R_limit
? 根據 U、R_Da Gr 、Rmax 和R_limit的關系分類五中不同形式。
? 程序計算時，不必區分五中形式，均按一般形式計算即可
展開 知識點之表面粗糙度
VDI3400、Ra、Rmax對照表
在國內實際生產中多用Ra指標；日本常用Rmax指標，相當于Rz指標；歐美國家常用VDI3400標準來標示表面粗糙度，做歐洲模具訂單的工廠，經常會用到VDI指標，比如常聽到客戶說“這個產品的表面按VDI30做”。
VDI3400表面與常用標準Ra有著對應關系，不少人經常要去查資料找對應的值，下面這份表格很全，推薦收藏。
VDI3400 標準與Ra 對照表
Ra 與Rmax 對照表
什么是表面粗糙度，你真懂嗎？
05
VDI3400、Ra、Rmax對照表
在國內實際生產中多用Ra指標；日本常用Rmax指標，相當于Rz指標；歐美國家常用VDI3400標準來標示表面粗糙度，做歐洲模具訂單的工廠，經常會用到VDI指標，比如常聽到客戶說“這個產品的表面按VDI30做”。
VDI3400表面與常用標準Ra有著對應關系，不少人經常要去查資料找對應的值，下面這份表格很全，推薦收藏。
VDI3400 標準與Ra 對照表
Ra 與Rmax 對照表
【親點好看】小編工資漲五毛
↙↙↙別操機了，快來學UG軟件吧
展開 