螺栓強度評估
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
螺栓強度評估的視頻教程
鐵道貨車車輪建模及疲勞強度評估（附帶ANSYS命令流及Matlab代碼）
，求出應力幅和平均應力，利用修正的HAIGH-GOODMAN曲線進行評估，得出車輪滿足疲勞強度的結論。
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基于Hypermesh和Optistruct 螺栓預緊和接觸強度分析（無聲/ppt講稿）
基于Hypermesh和Optistruct 螺栓預緊和接觸強度分析（無聲/ppt講稿） 第一節 模型搭建 第二節 材料設置 第三節 邊界條件 第四節 接觸設置 第五節 求解控制 第六節 結果后處理 注：本視頻由于設備原因無音頻錄制，視頻內有PPT講稿。
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計算螺栓螺母連接強度的小工具——基于規范ISO/TR 16224-2012和VDI 2230編制而成
螺栓螺母連接是工業中常用的緊固件連接，力學工程師對這類連接通常面臨的問題是校核連接強度。本視頻中所開發的計算小工具，是基于規范ISO/TR 16224-2012和VDI 2230編制而成，可以讓工程師快速校核螺栓螺母的連接強度，而不必要限于繁瑣的計算公式中。
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螺栓強度評估的實例教程
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 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 高強度螺栓是鋼結構施工中最普遍常見的施工內容，所有鋼結構工程師都會覺得熟悉得不能再熟悉了。然而事實可能并非如此，今天我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強度螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。
一、什么是高強度螺栓
高強度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可見，我們中文施工中所說的高強度螺栓是高強度摩擦預緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預緊（Grip）”兩個詞，卻造成了許多工程技術人員對高強度螺栓基本定義的理解，產生了誤區。
誤區一：
材料等級超過8.8級的螺栓，就是“高強度螺栓”？
高強度螺栓和普通螺栓的核心區別并不在于使用材料的強度，而是受力的形式。本質是是否施加預緊力，并利用靜摩擦力抗剪。（1）*
實際上在英標規范，美標規范中提到的高強度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓卻有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11款表2）；由此可見，材料強度高低并不是區別高強度螺栓與普通螺栓的關鍵。
二、正確理解“高強”，強在何處
按照GB50017，計算單個普通螺栓（B類）8.8級和高強度螺栓8.8級抗拉及抗剪強度。
通過計算我們可以看到，相同等級的情況下，普通螺栓的抗拉強度和抗剪強度的設計值都要高于高強度螺栓。（2）*
那么高強度螺栓，“強”在哪里？
為回答這一個問題，必須從兩種螺栓的設計工作狀態入手，研究其彈塑性變形的規律，并理解到設計破壞時的極限狀態。
展開 高強度螺栓是鋼結構施工中最普遍常見的施工內容，所有鋼結構工程師都會覺得熟悉得不能再熟悉了。然而事實可能并非如此，今天我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強度螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。
01 什么是高強度螺栓
高強度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可見，我們中文施工中所說的高強度螺栓是高強度摩擦預緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預緊（Grip）”兩個詞，卻造成了許多工程技術人員對高強度螺栓基本定義的理解，產生了誤區。
誤區一：材料等級超過8.8級的螺栓，就是“高強度螺栓”？
高強度螺栓和普通螺栓的核心區別并不在于使用材料的強度，而是受力的形式。本質是是否施加預緊力，并利用靜摩擦力抗剪。
展開 高強度螺栓是鋼結構施工中最普遍常見的施工內容，所有鋼結構工程師都會覺得熟悉得不能再熟悉了。然而事實可能并非如此，今天我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強度螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。
01
什么是高強度螺栓
高強度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可見，我們中文施工中所說的高強度螺栓是高強度摩擦預緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預緊（Grip）”兩個詞，卻造成了許多工程技術人員對高強度螺栓基本定義的理解，產生了誤區。
誤區一：材料等級超過8.8級的螺栓，就是“高強度螺栓”？
高強度螺栓和普通螺栓的核心區別并不在于使用材料的強度，而是受力的形式。本質是是否施加預緊力，并利用靜摩擦力抗剪。
實際上在英標規范，美標規范中提到的高強度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓卻有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11款表2）；由此可見，材料強度高低并不是區別高強度螺栓與普通螺栓的關鍵。
誤區二：高強度螺栓的承載能力高于普通螺栓，是為“高強”？
由單個螺栓的計算可知，高強度螺栓抗拉和抗剪的設計強度均低于普通螺栓。其高強實質是：正常工作時，節點不允許發生任何相對滑移，即：彈塑性變形小，節點剛度大。
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問題：
在做結構強度有限元仿真的過程中，我們經常被問：結構在某個載荷下能不能用，材料會不會失效。回答這個問題的邏輯也簡單：給出材料的許用應力，將仿真結果的應力值和許用應力進行比較，仿真應力大于許用應力就判斷不合格。
但是做了仿真就知道，計算結果的應力提取類型有很多，而可查到的材料測試標準值又少的可憐。尤其是最近遇到一種纖維增強塑料的強度仿真問題，要判斷塑料件在給定載荷下是否失效
幾何模型如圖所示，楊氏模量2.1X1011pa，屈服強度355MPa，抗拉強度450MPa，斷后伸長率20%。左邊固定，右邊施加1000N垂直向下的力，計算材料的安全系數。
一、載荷約束如圖所示
二、通過軟件分析得到的應力收斂解為188.01MPa，安全系數n1=1.89。
三
SimSolid 運用先進的數值算法，快速評估螺栓強度是否滿足設計要求，幫助工程師發現鋼節點設計中的潛在失效位置。下面以典型的鋼牛腿螺接節點，說明 SimSolid 在螺栓強度分析中的應用，計算參數及三維結構如下圖2所示。
圖2 設計參數及三維圖
? 3.2.1 模型設置
①螺栓連接：將幾何模型導入軟件后，自動識別出螺栓，包括螺母、墊片，如圖3.1所示。
[圖片]
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。
SimSolid 運用先進的數值算法，快速評估螺栓強度是否滿足設計要求，幫助工程師發現鋼節點設計中的潛在失效位置。下面以典型的鋼牛腿螺接節點，說明 SimSolid 在螺栓強度分析中的應用，計算參數及三維結構如下圖2所示。
螺栓松動背景和機理
螺紋緊固件由于其拆卸和維護非常容易且成本低的原因被廣泛應用于機械結構中，通過使用帶有螺紋緊固件（螺栓桿）的螺栓進行預緊固，將零件或組件（如發動機支架、飛機面板等）連接在一起。
螺栓的剪切強度和預緊力產生的（壓縮）法向接觸力和摩擦力限制了螺栓連接件之間的相對運動。但由于機械振動、溫度載荷或制動和加速等時間變化載荷的作用，通過螺栓連接的組件通常會受到周期性載荷的影響。當這些外部力沿螺栓軸線的垂直方向作用時
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
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。
迫于領導/甲方/內心的壓力，我們在做結構仿真時，經常要算很多案例。每算一次，都要調整幾何，重畫網格和再次求解。
雖然沒技術含量，但誰做誰知道，很磨人。
本文展示個更快的方法，用代理模型快速評估一個新方案的結構強度。
案例背景是航天飛船的一個薄壁承力結構。結構本身就復雜，受力后還牽涉到非線性和屈曲。用常規的有限元方式去評估它的結構強度，計算成本有億點高。
下面這個表格就是用有限元計算得到的結果
