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VDI 2230規(guī)范既能通過理論公式、經(jīng)驗(yàn)公式等校核單個(gè)同心或偏心的夾緊/加載螺栓，也可以實(shí)現(xiàn)多螺栓系統(tǒng)的評估。但在這種方式中，如若純依靠人工手動(dòng)計(jì)算，有些參數(shù)很難給出，并且用戶經(jīng)常需要做出額外的假設(shè)，會(huì)導(dǎo)致有較高的安全系數(shù)，設(shè)計(jì)的域度過大。

背景：在學(xué)習(xí)螺栓強(qiáng)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(gè)螺栓在通孔位置的慣性矩公式。VDI2230未注明公式出處，為驗(yàn)證準(zhǔn)確性與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊公式及制圖軟件進(jìn)行對比。該過程中注意到如下問題：問題：機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中關(guān)于“扇形圓環(huán)” 慣性矩的公式：設(shè)計(jì)手冊中關(guān)于Ix特指穿過截面重心“S”的xx軸慣性矩。

，聯(lián)接螺栓或松或斷，造成振動(dòng)器整體摔下來的重大設(shè)備事故，為此必須對振動(dòng)器的聯(lián)接螺栓強(qiáng)度進(jìn)行校核。

問題： 在學(xué)習(xí)VDI2230對螺栓進(jìn)行強(qiáng)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(shí)的螺栓計(jì)算問題。VDI2230文中提及彎矩會(huì)影響螺栓的預(yù)緊力計(jì)算，但是公式較為復(fù)雜不便理解，尤其是關(guān)于被夾緊夾彎曲柔度的計(jì)算較為模糊。解決方法：——（個(gè)人理解，請批評指正） 本人在學(xué)習(xí)過程中，關(guān)于螺栓預(yù)緊力的計(jì)算主要參考了無彎矩的計(jì)算形式。

問題： 在學(xué)習(xí)VDI2230對螺栓進(jìn)行強(qiáng)度評估校核過程中，涉及到一個(gè)知識點(diǎn)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(guān)于Ssym的值如何計(jì)算，文中并未給出過多解釋。個(gè)人理解： 本人在學(xué)習(xí)過程中，對于Ssym的理解和計(jì)算方式如下，請批評指正。

由于參考文獻(xiàn)中，假設(shè)鋼板滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)，未開展強(qiáng)度校核，僅校核了螺栓強(qiáng)度。因此，通過軟件分析，可以全面考察結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)潛在風(fēng)險(xiǎn)。 圖6 結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖對于螺栓的強(qiáng)度分析，SimSolid 提供了專門的后處理工具，可以準(zhǔn)確的評估螺栓的失效風(fēng)險(xiǎn)。如下圖9所示，可以單獨(dú)查看螺栓的應(yīng)力結(jié)果。

最后是性能評價(jià)指標(biāo)，用戶可以選擇全部或部分性能評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行性能校核，用于性能校核耗時(shí)較長，建議適當(dāng)選擇所需的指標(biāo)。圖13性能校核定義用戶可以通過顯示>性能校核命令查看性能校核的結(jié)果，如圖14所示。圖14 性能校核結(jié)果查看并且用戶還可以通過選項(xiàng)>圖形顏色>輸出命令調(diào)整顏色以及D/C比的數(shù)值，如圖15所示。

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(nèi)容，這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以幫助我們更加全面深入地了解螺紋連接的要點(diǎn)。 文章主要參考書籍：《螺紋緊固件聯(lián)接工程》-酒井智次。

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(qiáng)度準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)應(yīng)力≤許用應(yīng)力，每一步都非常合理，但是大家如果仔細(xì)閱讀文章《CAE工程分析|螺紋連接:工程校核考慮》會(huì)發(fā)現(xiàn)，僅僅這樣就給出校核結(jié)果過于草率在文章中，根據(jù)螺栓可能的失效模式，給出了以下幾部分需要校核的內(nèi)容①螺栓預(yù)緊時(shí)光桿應(yīng)力<材料屈服強(qiáng)度②螺栓加載時(shí)光桿應(yīng)力<材料屈服強(qiáng)度③被連接件夾緊壓力>密封壓力④螺栓應(yīng)力幅<螺栓拉伸疲勞極限

對于虛擬樣機(jī)仿真而言,模型的校核工作包括對虛擬樣機(jī)軟件與樣機(jī)模型的校核,但是,正如上文分析,由于目前軟件的商業(yè)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(jī)仿真系統(tǒng)的校核工作主要側(cè)重于對樣機(jī)模型各參數(shù)設(shè)置、運(yùn)動(dòng)約束及理論模型的校核。

▍01 前言上一篇文章就螺紋處受力特點(diǎn)以及螺栓預(yù)緊效果等內(nèi)容進(jìn)行了簡單了解，但是螺栓在使用時(shí)會(huì)受到各種工作載荷作用，并且由于預(yù)緊力的存在以及具體應(yīng)用的特點(diǎn)，其校核內(nèi)容與一般零件有一定區(qū)別。有些伙伴可能會(huì)想，螺栓的校核體系在很多行業(yè)規(guī)范中已經(jīng)相當(dāng)完善，直接按照手冊規(guī)范上的流程計(jì)算不就可以了么？其實(shí)按照個(gè)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。

回答這個(gè)問題要從工程師們校核軸承壽命的那個(gè)校核計(jì)算說起。通常大家進(jìn)行軸承壽命校核計(jì)算的公式是： * 計(jì)算的結(jié)果單位是百萬轉(zhuǎn)，需要通過折算來變成時(shí)間單位。

="ql-align-justify">以下是<strong>微弧式聲屏障立柱強(qiáng)度校核仿真APP</strong>參數(shù)設(shè)置及部分仿真計(jì)算結(jié)果的展示。

由于參考文獻(xiàn)中，假設(shè)鋼板滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)，未開展強(qiáng)度校核，僅校核了螺栓強(qiáng)度。因此，通過軟件分析，可以全面考察結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)潛在風(fēng)險(xiǎn)。 圖6 結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖對于螺栓的強(qiáng)度分析，SimSolid 提供了專門的后處理工具，可以準(zhǔn)確的評估螺栓的失效風(fēng)險(xiǎn)。如下圖9所示，可以單獨(dú)查看螺栓的應(yīng)力結(jié)果。

問題： 在使用理論方法對螺栓強(qiáng)度進(jìn)行評估時(shí)，需要輸入螺栓所受的載荷作為計(jì)算輸入。螺栓載荷在復(fù)雜工況下，通常使用有限元仿真的方式進(jìn)行模擬。此時(shí)需要準(zhǔn)確提取螺栓位置的載荷大小用后續(xù)理論校核。示例： 如下圖所示，兩個(gè)零件一端鉸接一端使用螺栓連接。在螺栓側(cè)端面施加2000N載荷（無螺栓預(yù)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(yīng)力，每一步都非常合理，但僅僅這樣就給出校核結(jié)果過于草率在文章中，根據(jù)螺栓可能的失效模式，給出了以下幾部分需要校核的內(nèi)容 ①螺栓預(yù)緊時(shí)光桿應(yīng)力＜材料屈服強(qiáng)度 ②螺栓加載時(shí)光桿應(yīng)力＜材料屈服強(qiáng)度 ③被連接件夾緊壓力＞密封壓力 ④螺栓應(yīng)力幅＜螺栓拉伸疲勞極限

目前它的設(shè)計(jì)與校核廣泛采用Abaqus進(jìn)行，在石油工程及其他相關(guān)工程領(lǐng)域積累了大量的應(yīng)用案例和成功經(jīng)驗(yàn)，許多石油公司、科研機(jī)構(gòu)和工程咨詢公司都使用Abaqus進(jìn)行石油工具的設(shè)計(jì)和分析，其分析結(jié)果得到了行業(yè)的廣泛認(rèn)可。

問題： VDI2230關(guān)于螺栓的計(jì)算中對于螺栓載荷的提取沒有過多的涉及，本文針對偏心載荷的提取問題進(jìn)行簡單說明。VDI2230中，對于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線到截面彎矩為0的點(diǎn)之間的距離。 對于實(shí)際螺栓連接問題，幾何結(jié)構(gòu)和載荷狀態(tài)復(fù)雜多變，使用經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)并不理想。本文介紹使用有限元仿真的方法確定載荷偏心距離。

在載荷分解方面，基于多體動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等原理，開發(fā)了載荷快速轉(zhuǎn)化、結(jié)果自動(dòng)校核等算法，建立了載荷求解及結(jié)果后處理的自動(dòng)化系統(tǒng)。在有限元分析方面，基于二次開發(fā)技術(shù)、視圖變換等原理，提出了自動(dòng)建模、批量后處理等算法，建立了有限元分析全流程的自動(dòng)化系統(tǒng)。