螺栓的案例
【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？
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 高強度螺栓一定比普通螺栓強度高？
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。
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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
04
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 雙頭螺栓作用是什么？為什么選雙頭螺栓？
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 
Abaqus帶螺紋螺栓接觸應力分析淺析 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應力分析淺析
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
展開 Hypermesh二次開發之蛛網螺栓批量建立 ￥15
在實際機械裝配體中，部件的連接很多時候都離不開螺栓類型的結構，如門窗上的合頁需要通過螺絲進行緊固，汽車輪轂輪輞需要通過螺栓進行連接，腳手架的固定等等都離不開小小螺栓的連接。
有限元也是如此，創建螺栓的方式有很多，比較常見的主要有兩種類型，一種是實體創建，另一種是形式簡化等效方式，各有優缺點，就需要根據應用場景、研究方向等進行考量再應用。
實體創建比較復雜，可以將螺栓特征進行保留，也可以根據需求簡化螺紋，計算也同樣帶來更多的挑戰，由于是實體類型，更多的是采用非線性接觸計算，計算的成本較大。
簡化方式則比較多樣，多用于區域線性行為，如計算模態等，在不考慮螺栓的影響可以直接采用剛性單元進行替換，考慮到剛度、柔性的影響可以采用剛性單元和梁單元結合創建；當更進一步需要考慮螺桿的情況可以用實體代替螺桿。
可以說螺栓的創建十分多樣，而本次我們僅對剛性單元+梁單元的蛛網形式的批量操作進行分享。
在一些框架類型，尤其是鋁制結構，多采用鉚接形式進行部件連接，一個框架中可能就有好幾十甚至上百個鉚接區域，對于這種重復且繁瑣的工作我們就亟需用一種簡便的方式去替代人工操作。
采用Hypermesh中的二次開發可以有效加快模型處理效率，僅對符合連接的孔與孔之間創建螺栓結構，在非鉚接區域不予創建螺栓，效果如視頻所示。
文末有腳本內容及模型文件，如有需求可以進行獲取，十分感謝！
展開 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 高強度螺栓基礎知識，緊固方法
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。
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。
可見：在給定設計節點荷載的情況下，用高強度螺栓設計的節點并不一定能節省螺栓使用數量，但是其變形小，剛度大，安全儲備高。
展開 蔚來換電螺栓（小螺栓，大知識）
在綜合考慮了緊固性、可靠性、耐久性、布置空間、成本等因素后，螺栓結構最終成為換電緊固件研發的起點。
“荒誕”的想法如何實現？
許多創造性的發明都來源于一個“荒誕”的想法。
用螺栓連接來實現數千次的電池快換也不例外。
我們咨詢了行業內多家著名的緊固件公司，很多專家聽到要做一個可裝卸幾千次的螺栓結構，都認為這是不可能的。
因為螺栓結構的特性就是緊固但不能反復使用，行業內能有二十次裝卸的螺栓結構已經很了不起了，更何況幾千次。
確定螺栓連接的方案后，首先需要明確電池包的連接點數量和位置，這與電池連接的安全性、換電耐久的可靠性以及效率密切相關，而這又需要先分析螺栓連接的受力情況。
螺栓連接的一般受力情況大致可分為軸向載荷、橫向載荷、彎曲力矩、扭轉力矩。如設計不合理，被夾零件會產生分離、翹起、滑移、松動等失效形式。
根據螺栓結構的受力分析，結合車身以及電池包的空間結構，工程團隊初步設計了不同布置、不同規格的螺栓結構方案，并初步確定了預緊力。
展開 高強度螺栓基礎知識，緊固方法
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。
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。
展開 汽車線束中螺栓的擰緊技術
設計合理的螺栓擰緊連接方案、正確采用螺栓擰緊工具、有效的螺栓擰緊檢驗方法是確保線束中每一個螺栓正確擰緊的重要因素。重點對汽車線束中熔斷絲盒、中央電器盒中熔斷絲、電源線端子的螺栓連接，以及螺栓連接中動態扭矩、靜態扭矩以及扭矩的衰減進行探討。
在汽車線束中，有些導線孔式端子、熔斷絲、連接片等需要用螺栓來擰緊連接，電源線束正、負極端子的夾緊同樣需要用螺栓進行夾緊連接。這些需要用M5、M6、M8的螺栓或者螺母連接的部件通常分布在中央電器盒、前艙線束的熔斷絲盒、儀表線束的熔斷絲盒、電源線束的熔斷絲盒、電源線束 的正負極接頭上。
然而這些用螺栓連接的部件功能和性能要求都比較高，螺栓或者螺母擰緊連接的失效將直接影響汽車線束安全，甚至造成嚴重的品質事故。本文對汽車線束中螺栓的擰緊連接方面的相關內容進行闡述，與各位同行共同學習。
展開 
螺栓預緊力&Workbench螺栓預緊力分析 ￥10
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</div><p><strong>1 螺栓預緊力：</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0); background-color: transparent;">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相關。</span></p><p><strong>2 目的：</strong>預緊可以提高螺栓連接的可靠性、防松能力和螺栓的疲勞強度，增強連接的緊密性和剛性。事實上，大量的試驗和使用經驗證明：較高的預緊力對連接的可靠性和被連接的壽命都是有益的，特別對有密封要求的連接更為必要。當然，俗話說得好，“物極必反”，過高的預緊力，如若控制不當或者偶然過載，也常會導致連接的失效。因此，準確確定螺栓的預緊力是非常重要的。
展開 案例37-螺栓螺紋分析
該示例問題演示了通過螺栓截面法進行螺栓螺紋模擬的簡化建模技術。該方法以接近真實螺栓模型的精度提供近似結果，但不需要詳細的螺紋幾何結構和精細的網格離散化。螺栓截面法還顯著節省了模擬時間。
突出顯示了以下特性和功能：
• 通過將螺栓截面分配給接觸單元，對2-D/3-D螺栓螺紋進行建模。
• 使用預緊載荷。
介紹
螺栓連接用于將兩個或多個零件固定在一起，以形成機械結構的組件。
為了實現螺栓連接結構的預期物理行為，需要一個詳細的三維螺栓模型，該模型充分包括螺栓預緊效應和接觸界面處的摩擦行為。然而，對于大型復雜結構，由于問題尺寸限制和與分析整個結構相關的計算成本，螺栓連接的詳細建模很困難。
可用于二維和三維接觸單元的螺栓螺紋建模技術提供了簡化的建模，其精度接近于真正的螺栓模型。通過將螺栓截面（由SECTYPE命令定義）指定給覆蓋在光滑圓柱形螺栓表面上的接觸單元，可以模擬螺栓螺紋。為了近似螺栓的行為，根據用戶指定的螺紋幾何數據和螺栓軸的端點（輸入通過SECDATA命令）。
螺栓螺紋建模技術對于系統級建模非常有用，其中主要螺栓功能是傳遞載荷。螺紋區域中沒有幾何細節和精細的網格離散化也使其成為一種計算成本低廉的方法。該技術可應用于三維模型和二維軸對稱模型。
問題描述
螺栓接頭的兩個主要特征是預緊和配合部件接觸。為了模擬螺栓配置，雙頭螺栓M120用蓋子和底板建模。螺栓承受256446 N的預緊載荷，以模擬實際的螺栓現象。定義了三個摩擦接觸對（FCP）：一個在螺紋區域，另一個在螺栓頭和蓋板之間，第三個在蓋板和底板之間。
在對螺栓施加預緊力后，對蓋板的上表面施加50 MPa的壓力載荷（小于等效預緊力載荷）。
展開 高強螺栓斷裂成因分析
綜上所述，因斷裂呈現橫向開裂，且顯微組織、力學性能指標符合標準要求，且調質過程中使用網帶爐，不存在回火不及時的情況，表明螺栓開裂非調質過程中形成。裂紋由中心向外部開裂，氫含量不足以引起氫脆，且SEM照片未發現氫脆特征(雞爪紋)，表明螺栓開裂非氫致延遲裂紋所致。低倍檢驗發現螺栓心部存在明顯的中心疏松，其位置與斷裂面起裂源位置一致，且斷裂系橫向開裂，則開裂時必須要有軸向拉應力存在，所以結合螺栓的制造工藝可以認定螺栓因為原材料存在中心疏松，在熱鍛工序階段，鑄造缺陷未消除，在縮桿工序中持續的軸向拉應力作用下，螺栓內部的孔洞萌生裂紋，并逐步向外擴展，隨后在校直工序中螺栓發生脆性開裂，最終導致了該螺栓的失效。
3 結論
該螺栓斷裂的根本原因是熱鍛工序中，螺栓坯料中鑄造缺陷(中心疏松)未消除，導致螺栓的承載力降低，在校正工序中，拉力作用下引起開裂。
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。
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