螺栓連接強度仿真的案例
基于多螺栓組合連接的預緊力支架強度仿真 ￥20
[圖片]
如何提高螺栓連接的強度？
圖2
圖3
03
減小應力集中
螺紋的牙根、螺栓頭部與栓桿交接處，都有應力集中，是產生斷裂的危險部位。其中螺紋牙根的應力集中對螺栓的疲勞強度影響很大。
可采取增大螺紋牙根的圓角半徑、在螺栓頭過渡部分加大圓角（圖 4a）或切制卸載槽（圖 4b、4c）等措施來減小應力集中。
圖4
04
減小應力幅
螺栓的最大應力一定時，應力幅越小，疲勞強度越高。在工作載荷和剩余預緊力不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯接件的剛度都能達到減小應力幅的目的（見圖 5），但預緊力則應增大。
圖 5
減小螺栓剛度的措施有：適當增大螺栓的長度；部分減小栓桿直徑或作成中空的結構即柔性螺栓。在螺母下面安裝彈性元件（圖 6），也能起到柔性螺栓的效果。柔性螺栓受力時變形量大，吸收能量作用強，也適于承受沖擊和振動。
圖 6
為了增大被聯接系統的剛度，不宜用剛度小的墊片。圖7 所示的密封連接以用密封圈為佳。
圖 7
05
改善制造工藝
制造工藝對螺栓的疲勞強度有很大影響。
展開 提高螺栓連接強度幾點措施
可采取增大螺紋牙根的圓角半徑、在螺栓頭過渡部分加大圓角（圖 4a）或切制卸載槽（圖 4b、4c）等措施來減小應力集中。
圖4
04
減小應力幅
螺栓的最大應力一定時，應力幅越小，疲勞強度越高。在工作載荷和剩余預緊力不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯接件的剛度都能達到減小應力幅的目的（見圖 5），但預緊力則應增大。
圖 5
減小螺栓剛度的措施有：適當增大螺栓的長度；部分減小栓桿直徑或作成中空的結構即柔性螺栓。在螺母下面安裝彈性元件（圖 6），也能起到柔性螺栓的效果。柔性螺栓受力時變形量大，吸收能量作用強，也適于承受沖擊和振動。
圖 6
為了增大被聯接系統的剛度，不宜用剛度小的墊片。圖7 所示的密封連接以用密封圈為佳。
圖 7
05
改善制造工藝
制造工藝對螺栓的疲勞強度有很大影響。對于高強度鋼制螺栓，更為顯著。采用輾制螺紋時，由于冷作硬化的作用，表層有殘余壓應力，金屬流線合理，螺栓疲勞強度比車削的高。碳氮共滲、氮化、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強度。
展開 螺栓連接強度校核
01 螺紋連接分為：螺栓連接，螺柱連接，螺釘連接
02 螺栓組的布置原則
03 螺栓組的工況
橫向力
軸向力
扭矩
彎矩
04 螺桿直徑，螺距，螺桿應力截面積，螺桿最小拉力載荷，螺桿保證載荷
05 螺母的保證載荷
06 普通螺栓的強度校核
07 預緊螺栓的強度校核
08 鉸制孔螺栓的強度校核
展開 
不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點精細化有限元分析
引言
本文目的是通過對不銹鋼梁柱高強螺栓摩擦型連接節點進行精細化有限元分析，以確定該節點破壞機制、延性以及抗震性能。為此，本文對單調和循環荷載下不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點進行真實精細化數值模擬，并與試驗結果對比來驗證數值模型的準確性，在此基礎上分析不銹鋼材料非線性、梁翼緣厚度、不銹鋼高強螺栓預緊力和不銹鋼抗滑移系數對該節點破壞機制、承載力、延性以及抗震性能的影響，為合理設計不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點提供依據。
2. 不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點精細化有限元模型建立
如表1所示，節點中柱尺寸均為450×250×16×12，有效長度為2.3m，梁尺寸有400×150×12×8（JW-1、JC-1和JC-3）和400×150×14×8（JC-2），有效長度為1.65m，其它尺寸見圖1。節點所用不銹鋼以及不銹鋼螺栓和不銹鋼鉚釘的真實應力應變曲線通過試驗得到的名義應力應變關系得到，其主要材料參數見表2和3，泊松比均為0.3，鋼材本構在單調加載和循環加載下分別采用等向強化模型和雙線性隨動強化模型，屈服準則采用Von Mises準則。柱端施加500kN軸力，其軸壓比為0.13，柱腳固定約束。梁端平面外約束，梁端單調位移加載（JW-1）或循環位移加載（JC-1、JC-2和JC-3），循環加載方式見圖2。不銹鋼的抗滑移系數設定為0.4，不銹鋼高強螺栓預緊力為170kN，不銹鋼環槽鉚釘預緊力為205.6kN，不考慮焊縫的影響。
本章選用abaqus有限元軟件進行建模分析，螺栓或鉚釘單元為實體單元C3D8R，其余均選擇abaqus2019新開發的實體殼單元CSS8，具體有限元模型見圖3。連接板件之間的接觸和螺栓與連接板件之間的接觸選擇有限滑移的面-面接觸以保持較大的滑移。
展開 基于Workbench的螺栓/螺釘預緊力仿真及螺栓強度校核的方法 ￥10
給M3螺釘施加預緊力，提出使用剪切應變能學說結合workbench仿真結果對螺栓的最適預緊力進行確定。
結合做過的項目，主要介紹：1）如何施加預緊力，施加的過程中應注意哪些問題；2）螺釘仿真結果如何進行評價。
圖1
2、仿真過程
Proe建模導入Workbench，輸入材料屬性，包括彈性模量、泊松比，密度。其中；螺栓材料為不銹鋼，彈簧墊片材料為不銹鋼，平墊材料為彈簧鋼65MN；結構件材料為鋁合金2A12-T4。
進入geometry幾何界面，對模型進行如下處理：由于預緊力不能施加螺紋連接處，也就是后面的bonded部分，需要將螺釘使用slice切分為三部分（螺帽、螺紋部分、中間通孔螺釘部分），slice通過建立相關的plane或者face進行切分，這里不再詳寫。
進入分析界面，賦予相關結構件材料屬性；系統默認均為bonded接觸，除了螺紋連接處，其他接觸對均改為Frictional接觸，摩擦系數設置為0.2。網格劃分時，需要注意將螺釘中間通孔螺釘軸向部分至少保證兩層網格，這是因為在該部分進行預緊力施加時，預緊節點需要，見圖3所示。本文選用bonded接觸來模擬螺紋之間的連接關系，若具體建立螺紋副，網格量太大，若是你想對螺紋副的具體受力情況進行研究，可以模擬，但是該部分工作已有很多前輩進行了研究，已經屬于成熟已知技術，建議翻閱論文即可，若是工程需要且結合具體外載荷對螺紋的強度進行校核，考慮到計算量及精度，bonded接觸足夠用了。
展開 Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接 附基于ABAQUS對螺栓斷裂問題仿真分析下載
來源：仿真學習與應用
螺栓連接是結構連接的一種主要方式，在CAE分析中經常遇到，針對不同的情況，通常我們會采取不同的方法來處理。螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。
（1）建立三維實體的螺栓模型，包括螺紋結構；
（2）建立三維實體的螺栓模型，忽略螺紋結構；
（3）建立三維實體的螺栓模型，由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設置螺紋接觸；
（4）利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。
本次以梁單元模擬螺栓為例，簡單闡述其應用。利用梁單元模擬螺栓與實體螺栓相比優勢比較明顯，模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易，同時梁單元也能有效反應螺栓的受力情況，在很多情況下比較適用。
螺栓的模擬通常需要考慮預緊力的作用，利用CAE方法模擬螺栓預緊力的過程主要由三個載荷步完成，下面的例子會涉及。
建立如下所示的模型，三個部件，兩塊板和一根梁，其中梁是一個3D wire，建立一條線即可。
圖1
材料屬性定義的時候，梁單元需要指定梁截面，如下圖所示。
圖2
梁的截面形狀可以根據需要指定，本次為圓形截面，半徑為10，如下圖所示。
圖3
同時，梁單元還需要指定方向，通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation，給出其中的n1向量，這里注意，梁的軸向是由向量t表示的，n1和n2兩個向量決定梁截面，其中t向量和n1、n2兩個向量決定的平面垂直。
本次定義n1向量為0,0,-1，最終梁的方向定義完成如下所示。
圖4
之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關位置建立MPC連接，如下所示。
圖5
梁單元的兩端節點分別與螺栓螺帽位置處的節點進行MPC連接，連接形式可以由多種，這里選擇Beam連接。
展開 槽式太陽能聚光板支架螺栓強度仿真
槽式太陽能聚光板支架工作環境惡劣，風力會大大影響支架螺栓壽命，選擇合適的強度的螺栓能提高太陽能聚光板的使用壽命。本仿真就聚光板的螺栓進行仿真分析。
2.計算原理
由于槽式太陽能支架工作時，每天承受不同風級載荷的作用。考慮常規使用環境可能經受的風級及可忽略情況，6-12級風載情況下對槽式太陽能支架的影響。風載工況如表所示。
3.槽式太陽能承受風載工況
序號
風載等級
換算載荷/Pa
1
4
60.23
2
6
114.56
3
8
257.5
4
10
491.25
5
12
800
3.材料屬性
仿真采用Q235剛作為聚光板支架，材料屬性如圖。
4．網格劃分
5.施加約束
槽式太陽能支架的連接采用剛性連接方式，方鋼與太陽能反光板支架底座上的焊接采用剛性連接，底座與反光板支架采用螺栓連接，螺栓與螺栓孔之間的接觸定義為“表面與表面接觸”，法向定義為“硬”接觸，切向定義為“罰”；在模型中反光板的與支架的連接處施加全約束。在反光板的外側施加于板面相垂直的均布荷載模擬風荷載。
6.計算結果
7.結論
鋼結構連接螺栓的性能等級分為10多個等級，例如3.6、4.0、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。螺栓等級的特定含義是例如代表拉伸強度的等級4.8的螺栓。0.8表示強度除以拉伸強度的比，即4.8級螺栓的拉伸強度為400MPa，強度為400×0.8＝320MPa，6.8級螺栓的拉伸強度為600MPa，強度為600×0.8＝480MPa，。
承受風載條件下，載荷10級風力時，槽式太陽能托臂支架變形約為1mm，建議選用高強度螺栓。
展開 高強度螺栓一定比普通螺栓強度高？
盡管承壓型在設計數值上占有優勢，但由于其屬于剪壓破壞型式，螺栓孔為類似普通螺栓的孔隙型螺栓孔，在承受荷載作用時的變形遠大于摩擦型，所以高強度螺栓承壓型主要用于非抗震構件連接、非承受動荷載構件連接、非反復作用構件連接。
這兩種型式的正常使用極限狀態也是有區別的：
摩擦型連接是指在荷載基本組合作用下連接摩擦面發生相對滑移；
承壓型連接是指在荷載標準組合作用下連接件之間發生相對滑移；
普通螺栓
1. 普通螺栓分A、B、C三種。前兩種是精制螺栓，較少用。一般說的普通螺栓，均指C級普通螺栓。
2. 在一些臨時連接及需拆卸的連接中，常用到C級普通螺栓。建筑結構常用的普通螺栓有M16、M20、M24。某些機械工業粗制螺栓直徑可能比較大，用途特殊。
高強度螺栓
3.高強度螺栓的材料與普通螺栓不同。高強度螺栓一般用于永久連接。常用的有M16~M30。超大規格的高強度螺栓性能不穩定，應慎重使用。
4.建筑結構的主構件的螺栓連接，一般均采用高強度螺栓連接。
5.工廠出廠的高強度螺栓并不分承壓型還是摩擦型。
6. 究竟是摩擦型高強度螺栓或者是承壓型高強度螺栓？實際上是設計計算方法上有區別：
（1） 摩擦型高強度螺栓以板層間出現滑動作為承載能力極限狀態。
（2）承壓型高強度螺栓以板層間出現滑動作為正常使用極限狀態，而以連接破壞作為承載能力極限狀態。
7.摩擦型高強度螺栓并不能充分發揮螺栓的潛能。在實際應用中，對十分重要的結構或承受動力荷載的結構，尤其是荷載引起反向應力時，應該用摩擦型高強度螺拴，此時可把未發揮的螺栓潛能作為安全儲備。除此以外的地方應采用承壓型高強度螺栓連接以降低造價。
展開 焊接、螺栓連接等典型接觸問題在復雜裝配體 仿真分析工程應用
一、課程安排
培訓目標：通接觸分析基本理論；接觸分析前處理技巧與分析流程；
接觸實參數設置原理與方法；接觸分析計算收斂性調整方法；典型工程應用，包括螺栓連接結構、焊接結構、膠結結構以及鉸接結構；接觸問題高級衍生應用，包括摩擦生熱、磨損以及接觸密封等內容。本課程從理論出發，學員可掌握各操作設置的物理意義，從而對計算結果的適用性做出評估，
通過案例詳解，掌握仿真關鍵與技巧
。
基于梁單元建模的多螺栓連接的轉鼓模態仿真 ￥20
[圖片]
Abaqus螺栓連接工字梁受力仿真案例講解
Abaqus螺栓連接工字梁受力仿真案例講解
【專業知識】高強度螺栓又叫高強度摩擦預緊螺栓，這些你知道嗎？
承壓型高強度螺栓傳力特性是保證在正常使用情況下，剪力不超過摩擦力，與摩擦型高強度螺栓相同。當荷載再增大時，連接板間將發生相對滑移，連接依靠螺桿抗剪和孔壁承壓來傳力，與普通螺栓相同，所以螺桿與螺孔之差略小些，為1.0～1.5mm。
普通螺栓和高強度螺栓由于其設計的受力原理不同，其在施工檢驗方法上有極大的區別。
同等級普通螺栓各項機械性能要求均比高強度螺栓略高，但高強度螺栓較普通螺栓多一項沖擊功的驗收要求。
標識樣式對比
普通螺栓和高強度螺栓的標示是對同等級螺栓現場識別的基本方法。由于英美標準中對于高強度螺栓扭矩值計算的取值并不相同，所以識別兩種標準的螺栓也有必要。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
價格對比
高強度螺栓：（M24，L60，8.8級）
普通螺栓：（M24，L60，8.8級）
可見普通螺栓大約為高強度螺栓價格的70%，結合其驗收要求的對比，可以得出，其溢價部分就應該是為了保證材料的沖擊功（韌性）性能。
05螺栓緊固方法
普通螺栓的緊固程度并無明確規定，鎖緊時所施加的力一般只要連接緊密即可。但因鎖緊時未施加拉力，因此容易出現螺帽松弛脫落現象，為防止松脫的方法可用彈簧墊圈或采用雙螺帽的方法由外螺帽將內螺帽壓緊以防止兩螺帽同步旋轉而松弛。
展開 【專業知識】高強度螺栓又叫高強度摩擦預緊螺栓，這些你知道嗎？
當荷載再增大時，連接板間將發生相對滑移，連接依靠螺桿抗剪和孔壁承壓來傳力，與普通螺栓相同，所以螺桿與螺孔之差略小些，為1.0～1.5mm。
普通螺栓和高強度螺栓由于其設計的受力原理不同，其在施工檢驗方法上有極大的區別。
同等級普通螺栓各項機械性能要求均比高強度螺栓略高，但高強度螺栓較普通螺栓多一項沖擊功的驗收要求。
標識樣式對比
普通螺栓和高強度螺栓的標示是對同等級螺栓現場識別的基本方法。由于英美標準中對于高強度螺栓扭矩值計算的取值并不相同，所以識別兩種標準的螺栓也有必要。
價格對比
高強度螺栓：（M24，L60，8.8級）
普通螺栓：（M24，L60，8.8級）
可見普通螺栓大約為高強度螺栓價格的70%，結合其驗收要求的對比，可以得出，其溢價部分就應該是為了保證材料的沖擊功（韌性）性能。
05
螺栓緊固方法
普通螺栓的緊固程度并無明確規定，鎖緊時所施加的力一般只要連接緊密即可。但因鎖緊時未施加拉力，因此容易出現螺帽松弛脫落現象，為防止松脫的方法可用彈簧墊圈或采用雙螺帽的方法由外螺帽將內螺帽壓緊以防止兩螺帽同步旋轉而松弛。
采用雙螺帽時內螺帽需使用重型六角螺帽，外螺帽可采用一般螺帽（見圖九），一般高強度螺栓不論承載型的或者擦阻型因預緊后存在張力，此預緊力引致接觸面正應力可產生抗扭轉摩擦阻力，因而可使螺帽產生不松脫現象，所以不必附加防脫裝置。
展開 