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高強度螺栓連接已經廣泛應用于建筑、橋梁、軌道交通、風電等各行各業。國內早已有相關技術標準對高強度螺栓進行校核，大多數是基于《機械設計手冊》進行評估，但是其評估方法具有一定的局限性，會帶來一系列問題。目前，國內外對高強度螺栓的評估，更精確的方式是基于《VDI 2230規范》。

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，但是大家如果仔細閱讀文章《CAE工程分析|螺紋連接:工程校核考慮》會發現，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④螺栓應力幅<螺栓拉伸疲勞極限

對于虛擬樣機仿真而言,模型的校核工作包括對虛擬樣機軟件與樣機模型的校核,但是,正如上文分析,由于目前軟件的商業化及專利方面的原因,對軟件的校核存在一定的困難。因此,虛擬樣機仿真系統的校核工作主要側重于對樣機模型各參數設置、運動約束及理論模型的校核。

因此，在探索如何使用CAE分析工具處理和校核螺紋連接之前，首先需要了解工程校核中對于螺紋連接一般需要考慮哪些內容，這些內容的學習可以幫助我們更加全面深入地了解螺紋連接的要點。 文章主要參考書籍：《螺紋緊固件聯接工程》-酒井智次。

問題： 在使用理論方法對螺栓強度進行評估時，需要輸入螺栓所受的載荷作為計算輸入。螺栓載荷在復雜工況下，通常使用有限元仿真的方式進行模擬。此時需要準確提取螺栓位置的載荷大小用后續理論校核。示例： 如下圖所示，兩個零件一端鉸接一端使用螺栓連接。在螺栓側端面施加2000N載荷（無螺栓預緊力）。需要提取螺栓在連接面處所受到的載荷包括：力和力矩。

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 ④螺栓應力幅＜螺栓拉伸疲勞極限

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。

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。

▍01 前言上一篇文章就螺紋處受力特點以及螺栓預緊效果等內容進行了簡單了解，但是螺栓在使用時會受到各種工作載荷作用，并且由于預緊力的存在以及具體應用的特點，其校核內容與一般零件有一定區別。有些伙伴可能會想，螺栓的校核體系在很多行業規范中已經相當完善，直接按照手冊規范上的流程計算不就可以了么？其實按照個人了解來看，螺栓校核體系目前還是存在頗多難以處理的問題。

，聯接螺栓或松或斷，造成振動器整體摔下來的重大設備事故，為此必須對振動器的聯接螺栓強度進行校核。

由于參考文獻中，假設鋼板滿足強度設計，未開展強度校核，僅校核了螺栓強度。因此，通過軟件分析，可以全面考察結構設計，發現結構潛在風險。 圖6 結構應力云圖對于螺栓的強度分析，SimSolid 提供了專門的后處理工具，可以準確的評估螺栓的失效風險。如下圖9所示，可以單獨查看螺栓的應力結果。

由于實驗室現場壓力機為豎直加壓，與該支座受力模式不符，故將支座傾斜，夾角與荷載的夾角相同，以模擬在實際工況下真實受力狀態與大小，校核有限元分析的真實性與合理性，輔助校正計算結果。實驗樣件安裝至試驗臺的現場照片如圖八所示。

模型建立與簡化 幾何整合： 需精確建模反應器殼體（通常為鋼板焊接結構）、內部催化劑支撐梁、檢修平臺（含踏步、欄桿、支撐框架）及連接部件（螺栓/焊縫）。 接觸關系： 定義平臺與反應器之間的接觸類型（如綁定接觸、摩擦接觸），模擬焊接或螺栓連接的真實剛度。

對于線性動力分析中，包括但不限于運輸振動、諧響應等建議一般采用第1種和第2種建模方式，首先結構簡單特別是螺栓連接比較多的裝備中相對第3中建模可以明顯降低單元數量，如果同時關注螺栓應力可以采用第2種，如果螺栓應力是主要校核點還是采用第3種建模方式，特別是對一些比較重要的法蘭、壓力容器等強度校核時根據情況選擇實體建模并做非線性分析。

背景：在學習螺栓強度校核VDI2230的過程中，有使用到求：螺栓連接面的慣性矩問題。其中遇到對于圓周均勻分布的螺栓求取單個螺栓在通孔位置的慣性矩公式。VDI2230未注明公式出處，為驗證準確性與機械設計手冊公式及制圖軟件進行對比。該過程中注意到如下問題：問題：機械設計手冊中關于“扇形圓環” 慣性矩的公式：設計手冊中關于Ix特指穿過截面重心“S”的xx軸慣性矩。

由于參考文獻中，假設鋼板滿足強度設計，未開展強度校核，僅校核了螺栓強度。因此，通過軟件分析，可以全面考察結構設計，發現結構潛在風險。 圖6 結構應力云圖對于螺栓的強度分析，SimSolid 提供了專門的后處理工具，可以準確的評估螺栓的失效風險。如下圖9所示，可以單獨查看螺栓的應力結果。

不經過計算是無法預測螺栓會按照哪種形式失效。因此五大安全系數必須要全面計算、校核。更重要的是，螺栓安全系數的高低，不僅僅取決于螺栓規格、強度等級、也不僅僅取決于被夾緊件的設計和尺寸，還取決于螺栓的利用，即螺栓的預緊。因此，螺栓的預緊力或預緊力矩尤其重要。而在有限元計算中，預緊力是必須需要我們輸入的。

需要注意的是，不管采用何種簡化方案，最終目的一般有兩個：①合理等效連接行為，使其不影響整體計算精度②合理選取等效方法，使得后處理更便于提取校核相關參數因此進行等效時，一定要根據實際需求圍繞這兩點進行，不能單純為了等效而等效。作者：聰聰 來源于：仿真求知之路