螺紋連接簡化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
螺紋連接簡化的視頻教程
ABAQUS-螺紋連接水壓滲透模擬
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了密封螺紋連接在水壓力作用下的滲透。采用CAX4R單元，建立軸對稱模型，定義三個分析步，一是螺栓預緊載荷，二是位移載荷，三是水壓力載荷（600Mpa），輸出螺栓的應力應變云圖 ，水壓及接觸面積歷史曲線。
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螺紋連接簡化的實例教程
如圖所示，螺栓體系主要包含變形行為(螺栓變形+被連接件變形)以及接觸行為(螺母接觸+螺栓頭接觸+螺紋接觸+螺母接觸等)
其中變形行為反應了螺栓體系受到外力作用后的變形情況，對應螺栓體系的等效剛度，主要包含螺栓等效剛度和被連接件等效剛度
接觸行為反映了螺栓體系之間的連接關系，對應接觸面之間的粘合，分離及滑移
因此螺栓連接體系簡化的核心就是:使用各種單元或者連接關系來等效替代真實的連接剛度及連接關系
怎么簡化?
首先，螺栓完成擰緊之后，如果沒有發生旋轉型松動，螺栓與螺母嚙合螺紋之間理論上相對滑移。量較小，可以使用綁定接觸替代
其次，由于摩擦型螺栓要求外載作用下不發生分離和滑移，因此螺栓頭→被連接件，螺母→被連接件實際行為也類似于綁定接觸
一旦可以使用綁定接觸考慮問題(線性問題)，那么約束方程，耦合，各類連接單元都可以引入。進來，這樣問題的核心就只剩下如何合理等效連接體系剛度
最后，被連接件未分離之前，軸向連接剛度基本呈現線性關系:切向剛度由于摩擦阻力作用因此可以不進行考慮:彎曲剛度相對較為復雜，與工況和模型相關并呈現顯著非線性行為
而剛度的等效可以使用彈簧單元，cbush單元，梁單元以及實體單元
這樣，整個簡化的初始思路基本就確定了，下面需要做的就是將各種方案進行對比驗證，得到各自使用的精度和條件
按照前文思路，分別從連接關系及連接剛度兩方面進行探討
注意的問題?
展開 01 前言
前文通過一些實際現象應該能夠讓大家認識到：螺紋連接的力學行為比表面上看起來更加復雜，因此要使用數值仿真工具對其進行合理地分析并不容易
但不幸的是，這種連接方式恰恰在實際中使用非常廣泛，并且很多時候出現在主傳力路徑上，因此進行裝配體分析，不可避免需要與大量的螺紋連接打交道
雖然筆者目前對于螺紋連接的處理仍然存在一些困惑，但仍希望借文章形式就目前的部分想法和大家進行交流和探討
內容僅代表個人觀點，希望大家有選擇性地參考
02 簡化思路
為什么簡化？
有些小伙伴可能會困惑：“實體螺栓+接觸（不考慮螺紋）”多么完美的處理方式，還有必要簡化么？
展開 但是，最近梳理螺紋連接相關知識時，卻發現好像并不是如此，或者說，使用實體單元對螺栓進行分析時，確實會遇到頗多問題
01、引例說明
如圖所示法蘭結構，螺栓M10，等級8.8，現在需要模擬其在受到軸向載荷F和扭轉載荷M作用下螺栓及法蘭的應力分布以用于強度校核，螺栓預緊力P
不考慮螺紋細節，螺母與螺栓之間在對應位置使用綁定接觸連接；螺栓頭部-被連接件，螺母端部-被連接件，被連接件之間均使用常規摩擦接觸
第一步，通過預緊單元施加螺栓預緊力
第二步，鎖定預緊力并施加集中力/力矩
通常，上述過程被認為是使用實體單元模擬螺栓進行計算的標準流程
按照這一流程，我們對結構進行有限元分析，并提取剖面應力分布
根據云圖標識結果，螺栓最大局部米塞斯應力為611MPa，位于螺栓頭部下端，小于材料的屈服強度640MPa，因此螺栓在給定工況下安全，安全系數為611/640=1.05
02、案例思考
上述校核過程看起來好像并沒什么不妥，按照強度準則結構應力≤許用應力，每一步都非常合理，但僅僅這樣就給出校核結果過于草率
在文章中，根據螺栓可能的失效模式，給出了以下幾部分需要校核的內容
①螺栓預緊時光桿應力＜材料屈服強度
②螺栓加載時光桿應力＜材料屈服強度
③被連接件夾緊壓力＞密封壓力
展開 從節點接觸反力來看，壓力并不是均勻的分布在接觸面上，而是兩端較大，中部相對小一些，也就是說具有邊緣效應
對比模型
為了簡化上述非線性接觸，這里篩選了幾個常用的備選方案：
綁定接觸大家相對比較熟悉，表示接觸面既不發生分離也不發生滑移，類似于面-面的耦合，連接剛度由接觸面對綜合決定
Rbe2代表一種特殊的多點約束方式，不同求解器中叫法不同，比如simulation中叫“剛性”，ansys中叫“cerig”，abaqus中叫“coup_kin”，體現一種剛性的連接行為
Rbe3也代表一種特殊的多點約束方式，simulation中叫“分布”，ansys中叫“rbe3”，abaqus中叫“coup_dis”，體現一種柔性的連接行為
當然，用來模擬綁定連接行為的方式還有很多，比如分布式的rbe2，分布式的rbe3，梁單元等等，本文僅對常用幾種進行探討，在探討的過程中大家自然可以感受到為什么會有這么多方式
對比計算
行為區別
首先使用接觸面區域建立三種連接關系，對比施加同樣工況下被連接件的變形結果及趨勢：
通過被連接件整體變形可以得到：
①Rbe2剛化作用導致局部變形一致，與實際變形趨勢相差較大
②綁定接觸和Rbe3變形趨勢目測更加接近實際，但是影響的變形范圍存在差異
下面詳細提取被連接件表面變形數據：
通過變形曲線可以得到：
①不同連接方式差異主要體現在接觸區，接觸區外變形的相對誤差均在可接受范圍內
②接觸區域變形程度：Rbe3＞實際接觸＞Bond＞Rbe2
為了更加量化去對比不同方式在接觸區域的差異，以接觸區域RMS變形作為接觸面等效壓縮變形
展開 各種螺紋及緊固件的連接形式統稱為螺紋連接[1]， 因其拆卸方便、可互換性強、成本低、安全可靠等優 點，被廣泛應用于各類機械設備零部件之間的連接和 緊固。螺紋連接質量的好壞，對機械設備的整體性能 至關重要。松動是螺紋連接失效的主要形式之一，會 導致連接件之間的預緊力逐漸減小，從而產生異響、 泄露、疲勞斷裂等問題，引發重大事故[2-3]，因此開展螺 紋連接松動機理研究對工程實際具有十分重要的意義。
為了提高螺紋連接的防松性能，準確分析螺紋松 動的微觀過程，國內外學者通過有限元仿真技術進行了大量研究[4-7]。研究表明，在螺紋連接中，預緊力的 降低早于螺紋面間的相對滑移，后者帶來的損害遠大 于前者，因此研究螺栓松動過程中預緊力下降的變化 規律，是預防螺栓松動的可行方法[8-9]。同時，采用準 確的螺紋連接建立力學模型，選擇有螺旋結構的準確 模型，有助于達到最佳仿真效果。
本文建立了螺紋連接結構的精細有限元模型，采 用 Workbench 開展了螺紋松連接松動靜力學加載仿真 和瞬態動力學仿真，研究了螺紋連接松動的機理原因， 可以用于課堂演示及實驗教學，幫助學生直觀體驗螺 紋連接松動的過程，激發學生深入分析事物運行的潛 在規律，增強學生對所學知識的理解、掌握和綜合運 用能力。
1 螺紋連接有限元模型的構建
螺紋連接結構由三部分組成：螺栓、螺母和被連 接件。在實體建模時，螺栓頭部和無螺紋的螺桿形狀 規則，只有螺紋段形狀復雜。且螺栓頭部的六邊形結 構是為了方便施加扭矩以及預緊螺栓設計的，對螺栓 松動沒有影響，因此將螺栓頭部和螺母都簡化成圓柱 體。
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螺紋連接簡化的相關專題、標簽、搜索
螺紋連接簡化的最新內容
螺紋連接模擬分析的簡化建模[J]. 重 型機械，2019(2): 69–72.
[11] YANG X, NASSAR S, WU Z. Criterion for preventing selfloosening of preloaded cap screws under transverse cyclic excitation[J].
01 前言
但不幸的是，這種連接方式恰恰在實際中使用非常廣泛，并且很多時候出現在主傳力路徑上，因此進行裝配體分析，不可避免需要與大量的螺紋連接打交道。
02 簡化思路
該示例問題演示了2-D到3-D分析的能力和優點，這些問題需要將2-D模型解擴展到相應的擠出3-D實體。
重點介紹了以下特性和功能：
• 將二維模型擠出為三維模型（EEXTRUDE）。
• 將解變量從二維網格映射到新的三維網格，并重新平衡結果（MAP2DTO3D）。
• 通過多幀重啟繼續分析三維模型
介紹
螺紋管接頭在石油、天然氣和海上管道應用中很常見
石油套管楔形螺紋連接結構的API 5C5 A系有限元分析計算
1、 算例分析背景
油套管是石油行業必備的戰略物資，是連通地下油藏與地面的通道，油套管在服役過程中承受高的內壓、外壓、拉伸、壓縮、高溫等復雜載荷，因此油套管的安全性對油田的安全高效開發至關重要；油套管是由螺紋連接一根根連接而成，因此為了保證油套管的安全性，API 發布了對應的評價測試標準API 5C5，因此在楔形扣的設計開發過程中對楔形螺紋連接利用
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Ansys Workbench工程應用之——結構非線性（下）：狀態非線性（5）螺紋連接
螺紋連接在工程中被廣泛應用，特別是普通三角螺紋，被應用在各種緊固標準件上。本文所說的螺栓包括了螺釘、螺桿等。
1 螺紋的工程應用基礎
1.1 螺紋主要參數
以圓柱普通外螺紋為例說明螺紋的主要參數。
（1）大徑d——即螺紋的公稱尺寸
塑膠件螺紋連接結構的設計原則：
連接強度原則；
成型性原則；
一、連接強度原則
5、拔模斜度
螺釘柱的拔模角度對內孔徑和壁厚是有影響的，隨著螺絲柱的高度越高，其影響就越大，特別是對于內孔，拔模后內徑大小對緊固力和滑牙扭矩都有影響，那到底需不需要拔模呢？
對于螺絲柱內孔，建議不用拔模，目前的模具結構已經可以解決螺絲柱內孔不拔模的設計的頂出
接上篇：塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（上）
塑膠件螺紋連接結構的設計原則：
連接強度原則；
成型性原則；
一、連接強度原則
在上篇中提到，由于檢查緊固力的方法很復雜，我們通常通過扭矩值來確認施力情況，也就是說，緊固力的大小可以通過扭矩值來表征，如果擰緊扭矩越大，相對于的緊固力就越大,，連接強度就越大。
由公式：
塑膠件的連接結構，有兩種應用較廣泛，一種是卡扣連接（之前文章已有介紹），另一種是螺紋連接。其中螺紋連接我認為是應用最廣泛、最常見的連接結構。基于成本考慮，盡管大家都在盡量減少螺紋連接的使用，但是，對于絕大部分產品結構設計的需要，螺紋連接結構還是很難完全被取代，因為，其相對于卡扣連接有以下優點：
連接強度比卡扣大得多，即使受到額外負載也不容易松脫，可靠性高；
通常情況下，如果網格處理合適，由于實體單元能夠體現的細節較梁板殼更多，因此計算結果精度理論上也更高。但是，最近梳理螺紋連接相關知識時，卻發現好像并不是如此，或者說，使用實體單元對螺栓進行分析時，確實會遇到頗多問題
盡管熱流道和注射模具是一個整體，然而它的作用和功能與模具本身相比是完全不同的。對于系統組成的獨立單元，其安裝、連接和運行都有特殊的高精度的位置要求。
由于這些原因，熱流道系統的裝配就成為模具安裝的一個瓶頸。因此，避免熱流道系統安裝過程中的錯誤以及簡化系統連接并節約裝配時間就成為一個很重要的課題。
常規的熱澆道設計
熱澆道系統源于熱流道系統。通常，
