螺栓
關注創建者：三木先森 創建時間：2018-06-16
螺栓的視頻教程
ABAQUS螺栓荷載收斂性調試（22個螺栓）
施加螺栓荷載的模型，怎么設置收斂性比較好？ 螺栓荷載不收斂時如何調整模型？對哪些地方進行調整比較有用？ 網格劃分如何更好看？ 本課程以鋼管混凝土柱-鋼梁的連接節點模型為例，同時施加22個螺栓荷載，達到了最理想的收斂效果。同時，結合為別人調過多個螺栓模型的實際情況，對于施加螺栓荷載不收斂后，對哪些地方進行調整可以使模型收斂進行了講解。 附帶了網格由細到粗過渡的劃分方式。
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hypermesh與abaqus聯合仿真-螺栓預緊力的加載與螺栓截面受力提取
全程采用hypermesh對計算模型建模，劃分六面體網格，創建螺栓預緊工況，創建螺栓受預緊力后的外部載荷工況，講解如何輸出螺栓截面上的受力。采用梁單元模擬螺栓加預緊力，來進一步簡化計算模型。
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Optistruct 螺栓預緊力
Optistruct 螺栓預緊力 螺栓預緊力就是在擰螺栓過程中擰緊力矩作用下的螺栓與被聯接件之間產生的沿螺栓軸心線方向的預緊力。對于一個特定的螺栓而言，其預緊力的大小與螺栓的擰緊力矩、螺栓與螺母之間的摩擦力、螺母與被聯接件之間的摩擦力。 bolt_pre.zip
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螺栓的實例教程
表一 ASTM 高強度螺栓通用情況
A325 螺栓主要成分為 TYPE1 及 TYPE3 兩種，TYPE1 為一般結構用，如需要時可以熱浸鍍鋅，耐候鋼材應配合使用TYPE3螺栓，采用 TYPE3 螺栓時設計圖上應特別標明，A325 螺栓的機械性如表二所示。
表二 ASTM高強度螺栓機械性能
A490 螺栓的材料強度比 A325 高，但是 A490 螺栓不可熱浸鍍鋅。A490 螺栓分為 3 種 TYPE 同樣耐候鋼材配合使用 TYPE3 型螺栓。A325 及 A490 螺栓標準直徑以英尺為單位，以 1/8 英尺為單位增量，且皆介于 1 英尺至 1.5 英尺之間，以 1 英尺左右的直徑較常用。
有些特殊的情況，所需螺栓直徑超過 1.5，此時可采用 A490 螺栓。A490 螺栓使用情況如表一所示，材料強度如表二所示。ASTM 高強度螺栓的螺頭及螺帽皆為六角形頭，其中螺帽必須為重型六角形螺帽。
JIS規格的高強度螺栓分為六角螺栓頭的 F 系列以及為減輕材料用量及美觀需求而發展之圓螺栓頭之 S 系列（見圖一），圓螺栓頭在安裝后拆卸較困難。
圖一 JIS F10T圓頭型扭矩控制高強度螺栓
材料強度不同，F系列又分為 F8t、F10t 及 F11t 三種，s系列則分成 s8t 及 s10t 二種，其中 F11t 材質因品質較不易控制，僅部分制造商有制造生產資質，其材料強度如表三所示。
表三 JIS 高強度螺栓材料強度
JIS 螺栓直徑以 mm 為單位，一般常用的直徑規格在 12mm 至 24mm 之間。
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 所以高強度螺栓在安裝時需要加一預緊力 Tb，此預緊力為螺栓抗拉強度80%表八為 A325 與 A490 螺栓最小預緊力，表九為 JIS 螺栓最小預緊力。
A572 螺栓的最小預拉力約等于其 proof load，A490 螺栓最小預緊力也很接近其 proof load，實際施工時預拉力會高出最小預緊力，因此螺栓在施加預緊力時基本上已經屈服。
原則上，在不使用螺栓破壞，且不至使螺栓產生永久塑性變形至易產生松弛前提下，螺栓的預緊力越大越好。
表八 A325 及 A490 螺栓最小預緊力
表九 JIS 螺栓最小預緊力
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普通螺栓與高強度螺栓對比
普通螺栓可重復使用，高強度螺栓不可重復使用。
高強度螺栓一般由高強鋼材制成（45號鋼(8.8s)，20MmTiB(10.9S)，是預應力螺栓，摩擦型用扭矩扳手施加規定預應力，承壓型擰掉梅花頭。普通螺栓一般由普通鋼材(Q235)制成，只需擰緊即可。
普通螺栓一般為4.4級、4.8級、5.6級和8.8級。高強度螺栓一般為8.8級和10.9級，其中10.9級居多。
普通螺栓的螺孔不一定比高強度螺栓大。實際上，普通螺栓螺孔比較小。
普通螺栓A、B級螺孔一般只比螺栓大0.3~0.5mm。C級螺孔一般比螺栓大1.0~1.5mm。
摩擦型高強度螺栓靠摩擦力傳遞荷載，所以螺桿與螺孔之差可達1.5～2.0mm。
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。
展開 雙頭螺栓沒有頭部，也有的稱之為雙頭螺柱。雙頭螺栓兩端都是有螺紋的，中間不含螺紋，中間為光桿子。
雙頭螺栓用在大型設備上面比如減速機架。在實際運用的時候，外載荷會有震動加上氣溫的影響就會出現摩擦力變小，久而久之螺紋連接就會松弛而失效。所以在平時的時候需要做好雙頭螺栓的保養工作。
雙頭螺栓或者是地腳螺栓在長時間機械摩擦力的作用下會出現問題，在出現問題的時候都要將發動機油底殼拆卸下來，認真檢查發動機軸瓦的使用情況，檢查軸瓦之間的間隙是否過大，如果間隙過大就要及時更換。
在更換雙頭螺栓的時候也要更換連桿螺栓。一些大型設備比如制釘機在平時運行的時候如果發現發動機運行的不是很穩定的時候或者出現異響，也要及時停車檢查，以免出現更大的問題。
在每一次維修的時候，都要對新更換的雙頭螺栓和新更換的其他配件進行檢查，檢查的時候重點放在雙頭螺栓的頭部和導向部分，還得嚴格檢查螺紋每個部分有無裂紋或者是凹痕，還要查看雙頭螺栓的牙齒形狀，是否有改變。
檢查螺距有沒有異常，如果出現異常情況就堅決不能再使用了。在安裝連桿蓋的時候應該使用扭力扳手這個工具。必須要按照規定標準扭緊，扭力不可過大也不可過小，還要注意選擇配套廠家的雙頭螺栓和雙頭螺柱。
展開 在實際情況下，很多結構都采用螺栓連接的方式，如何考慮螺栓連接、對連接螺栓的分析計算是個難點。目前的常規做法通常有兩種：1.簡化，用RBE2和beam梁來代替螺栓，這樣不能反映連接螺栓真實應力，圖1為某結構連接螺栓簡化的beam梁應力云圖，沒有接觸應力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結構帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結果（圖3）：
圖3 計算結果
那么，有什么好辦法可以不用簡化帶螺紋螺栓，不用直接做出帶螺紋螺栓，又能得到足夠精確的結果？
運用大型通用非線性有限元分析軟件Abaqus，只需要在接觸定義中設置跟實際螺紋形狀有關聯的參數，如牙角、螺距、螺栓小徑等，就可以模擬真實的連接螺栓接觸狀況。既可以得到足夠精確的分析結果，又節省了時間專注進行其他的分析設置。如圖4，為連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓：
圖4 連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓
圖5為某結構直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結構直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
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T型槽可以配合專用的螺栓和壓板，從上方壓緊工件，防止其在測試過程中發生位移或跳動。
總結來說，一套高品質的鑄鐵試驗平臺，其價值體現在三個確定性上：材質硬度確保耐磨確定，時效工藝確保長期不變形確定，精度等級確保測量基準確定。
?? 強大的通用與擴展性
靈活固定：平臺表面遍布T型槽，可輕松用螺栓將各種尺寸、型號的電機或測試儀器牢牢固定，避免測試中發生位移。
集成化設計：平臺可預留電纜通道、冷卻管路接口，并能拼接到更大尺寸，輕松搭建復雜的自動化測試系統。
?? 顯著的經濟效益
一臺多用：一個平臺足以滿足電機從研發、生產到質檢的全部測試需求，替代多種專用設備，大大節省設備投入。
配合T型螺栓和壓板，可以不需打孔就快速、穩固地固定任何形狀的工件或設備，靈活性相當高。
強大的“承載”能力：箱型結構和加強筋設計使其能夠承載從幾噸到上百噸的重量，重壓下依然穩定，這是普通水泥地面無法比擬的。
它的主要應用場景包括：
精和密裝配與檢測：為大型機械、汽車、航空航天部件的裝配提供精和確的基準面和測量平臺。
預留地腳螺栓孔：對于超大型拼接地平鐵，地基中需預留地腳螺栓孔。調平后，在地腳螺栓孔位置進行局部灌漿固定螺栓，再擰緊螺母。這種方式便于日后進行微調。
維護與保養
日常清潔：使用后必和須及時清理鐵屑、焊渣、灰塵。特別是焊渣，冷卻后會牢牢粘在平面上，清理時相當易劃傷平面。嚴禁用鐵錘直接敲擊工作面。
防銹處理：即使經過防銹處理，工作面仍會生銹。
T型槽的規格（如槽寬18mm、22mm、28mm）和間距，決定了你能用什么樣的T型螺栓和附件。設計合理的T型槽，不僅能牢固卡住螺栓，還能在擰緊時不會對槽口邊緣造成損傷，同時保證滑動附件時順滑不卡頓。
常見的應用場景有兩個，側重點不同：
用于動態測試：比如把發動機或電動機固定在平臺上，連接測功機進行性能、耐久性測試。
它表面帶有T型槽，不僅能提供一個相當其平整的工作基準面，還能通過配合螺栓、壓板等附件，靈活、牢固地固定各種工件和設備。
它的核心特點和優勢主要體現在以下三個方面：
一、高精度的工作基準
工作面經過精和密刮研處理，平面度相當高。例如，0級產品的平面度誤差可以達到每米不超過0.005毫米。
調整：對于因磨損而松動的T型槽螺栓配合，可以更換尺寸稍大的專用螺栓，或者在與工件、設備的接觸面上粘貼“聚四導軌軟帶”（俗稱“貼塑”），以補償磨損產生的間隙。
2. 中度磨損（平面度誤差 0.08 - 0.15 mm/m）
典型特征：地軌直線度明顯超差，T型槽出現寬窄不均的現象，表面有明顯的局部磨損凹陷或波浪狀磨痕。
設定非設計區域：
· 關鍵區域：安裝點（必須保留實體以安裝襯套和球鉸）、與車輪連接的螺栓孔等。這些區域在優化中保持不變。
3. 施加工況與載荷：
· 基于ADAMS/Car等多體動力學仿真或臺架試驗數據，提取各典型工況下控制臂各連接點處的力和力矩。
· 垂向工況：在球鉸處施加Z向力，大小為18522N。
· 制動工況：在球鉸處施加-X向力，大小為-7938N。
這種隨機、往復、幅度變化的風致應力會對關鍵受力構件（如焊縫、螺栓節點、支撐結構）造成累積損傷，可能導致材料在遠低于靜力強度的應力水平下發生疲勞斷裂。
疲勞仿真就是在結構響應分析（特別是基于CFD模擬得到的載荷譜）基礎上，引入材料的疲勞性能數據（S-N曲線或斷裂力學模型），對關鍵部位進行疲勞壽命評估。
同時，臺面厚度需達到T型槽深的3-4倍，槽口邊緣額外加厚5-8mm，防止槽體受力開裂、螺栓固定松動——例如適配重型螺栓的28mm槽深，臺面厚度需不低于84mm，而20-30t重載場景下，需在此基礎上翻倍，才能滿足整體承重需求。
（二）30-50t超重型重載場景
此類場景多見于大型沖壓機、重型數控機床、礦山減速器安裝、風電齒輪箱檢測等，設備噸位大、部分為集中載荷，對平臺的剛性和穩定性要求高。
