基于虚拟材料方法的螺栓预紧力模拟的研究

螺栓的预紧力是影响螺栓连接面力学特性的一个重要的因素,在精度需求较高的含螺栓连接的有限元分析中,需要考虑螺栓的预紧力。运用虚拟材料方法模拟模态分析中的螺栓预紧力,首先根据结合面的参数计算各个预紧力下的虚拟材料属性,在有限元软件中建立含虚拟材料连接面的模型,仿真得到螺栓连接板件的固有频率和振型。仿真结果跟模态实验结果一致,验证了采用虚拟材料方法模拟螺栓预紧力的有效性,为装配体的有限元建模提供了途径。     

螺栓联结结构接触半径有限元模拟

螺栓联接结构接触半径的确定对接触面应力分析及接触面密封特性研究具有实际意义。采用有限元法,计算了螺栓预紧力、联接件的材料与厚度比等因素对接触半径的影响,通过与实验结果对比分析,验证了所用有限元方法计算接触半径的正确性和准确性。研究表明:在联接件材料的弹性极限范围内,当联接件的材料、厚度比相同时,接触半径随着螺栓预紧力的增加而减小;在相同预紧力下,当联接件的厚度相同时,接触半径随着材料弹性模量、泊松比的增加而增大,且大于相同条件下联接件厚度不同时的接触半径;当联接件的材料相同时,接触半径随着联接件厚度的增加而增大。     

基于结合面密封性的螺栓组连接工艺研究

主要研究了影响结合面密封性的两个因素,即螺栓预紧力和螺栓预紧顺序。建立了结合面任意易泄漏处压应力与螺栓残余预紧力的关联模型,通过工况载荷下的结合面分离应力反求各螺栓的初始预紧力,保证了零部件在装配过程中产生较高的密封性,为工程实践提供了有力的参考价值。提出了确定最优螺栓预紧顺序的工艺方案,并通过接触面上正压力与摩擦力的最大平均值和最小标准差确定了装配过程中的最优螺栓预紧顺序,保证了结合面的密封性。     

预紧载荷下螺栓结合部静特性分析

结合面的接触变形与构件变形存在耦合关系,为提高整机分析结果的准确性,提出了建立分析模型时在构件间增加虚拟材料层反映结合部非线性特性的假设。基于结合面基础特性参数获得了虚拟材料物理参数,建立了包含结合部特性的分析模型。对预紧力作用下的螺栓结合部进行了一系列不同材料、预紧力及构件厚度的静特性试验。结合分析和试验结果,将结合面变形从整体形变中分离出来,与理论计算比较,验证了本文所提出的建模理论和试验方法的准确性和有效性。     

螺栓联接界面表面分形及接触研究

针对由螺栓联接的两个粗糙表面微观特征和实际接触情况进行了研究。采用分形函数模拟生成了粗糙面轮廓曲线,发现分形参数对传统粗糙度参数有影响;探讨了分形维数D与机械加工面传统粗糙度参数Ra的关系;利用表面分形模拟数据和实验测量数据建立了有限元接触模型。运用Abaqus软件对模型计算表明:随着接触载荷(螺栓预紧力)的增加,接触面积也相应增加;在相同接触载荷(螺栓预紧力)下,表面越光滑,接触面积越大;当接触面积增加到某一值后,改变不明显,且接触面积小于名义接触面积。这一结论可以很好的解释超声波能量在螺栓联接界面的传递机理,即预紧力-真实接触面积-能量三者的关系,为超声波能量法在螺栓松动监测中的应用提供理论基础。     

基于等效接触区域的螺栓连接结构模态分析

螺栓连接的动力特性将直接影响到结构在振动环境下的响应。首先,分析了螺栓连接件在预紧力作用下接触面连接区域的范围;然后,通过有限元非线性静力分析方法,建立了预紧力作用下螺栓连接的有限元模型,取得了预紧力作用下螺栓连接的最大应力作用区域,定义该作用区域为螺栓连接的等效接触区域,将等效接触区域粘接起来模拟螺栓连接的连接区域,从而将螺栓连接的非线性问题转化为线性问题;进而,对等效接触模型和"刚化"模型进行了有限元模态分析,得到了两种模型的动力特性。最后,将有限元模态分析得到的结果和试验模态分析的结果进行了比对,验证了等效接触模型的正确性。     

基于ABAQUS的螺栓预紧分析

对扭矩法控制螺栓预紧力进行理论分析,建立了螺栓三维模型.通过前处理软件将网格模型导入ABAQUS软件,运用面面接触分析螺栓预紧状态,计算出不同参数对接触面应力大小及分布影响;就预紧力矩的精确控制提出几点建议.     

齿轮箱螺栓结合面的有限元建模研究

在实际工程应用中,针对如何有效地利用ANSYS软件对齿轮箱螺栓结合面进行有限元建模分析的问题,通过对螺栓结合面建模的难点和关键点—螺栓预紧力的模拟、螺栓接触面的模拟以及螺栓实体有限元模拟的建模方法的研究,系统地阐述了基于ANSYS的7种类型的齿轮箱结合面螺栓有限元建模方法,利用ANSYS软件对其中4种典型的螺栓有限元建模方式进行了静力分析和模态分析,分析比较了不同建模方法在静力学和动力学方面的结果差异。研究结果表明,在仿真效率和仿真精度方面,耦合螺栓模型是一种更为合适的建模方法,但在实际应用中采用实体螺栓有限元模型模拟实际结构中的螺栓时,能够更好的反应实际工作中螺栓连接结构的应力变化,是各种建模方法中的优选方案。     

螺栓结合面的建模方法及模态分析

根据对结合面的处理方法的不同,采用了有限元分析软件ANSYS建立了不同的螺栓结合面的有限元模型。在不同的螺栓预紧力情况下,对各个模型的进行了模态分析,得到了固有频率。通过分析数据结果,总结了不同的结合面建模方式对系统的模态分析的影响。     

考虑温度影响的机床螺栓结构接触特性分析

螺栓连接结构广泛应用于机械装备之中,其特性对整体结构的力学性能有显著影响。由于螺栓杆及连接构件热伸缩系数上的差异,温度变化导致的螺栓杆及连接件的热变形会使得螺栓的预紧力发生变化,从而影响整体结构的动力学特性。文章基于有限元分析研究温度对螺栓连接结构接触特性的影响,并以机床中常用的铸铁材料为例,依次研究了连接板厚、螺栓直径、螺栓预紧力与温度耦合情况下的接触特性,并采用克里金插值法构建了螺栓接触特性参数库。结果表明:当连接板的厚度较小时,温度变化对接触特性影响并不显著,当板厚增大到一定程度后,温度变化会使接触区域的变化及接触应力的变化显著增大;预紧力较小时,温度变化影响接触区域大小和平均接触应力,预紧力增大到一定程度后,温度变化对接触特性的影响不明显。     

螺栓联结结构冲击破坏模型简化研究

为了减少系统有限元模型中单元数量,提高分析效率,首先应用显式瞬态分析软件LS-DYNA 对精确螺栓联结有限元模型进行冲击破坏分析.并基于上述计算结果,使用各向异性材料模型建立基于塑性应变破坏的螺栓联结简化模型.在同样边界条件下,对螺栓连接精确模型与简化模型的应力和应变进行对比计算,并针对两者差异对简化模型材料参数进行改...     

复合材料厚板单钉螺栓连接强度研究

在Abaqus有限元软件中,建立复合材料层合板单钉单剪螺栓连接结构的三维有限元模型,引入三维Hashin准则作为失效判据,同时考虑拧紧力矩因素,分别采用分区退化方案和整体退化方案对不同厚度层合板单钉单剪螺栓连接结构的失效过程和连接强度进行分析预测。计算结果与试验结果的对比表明:普通退化方案得到的位移载荷曲线折减不够,且最终不能下降,采用分区退化模型的计算结果较为准确;随着板厚的增加,螺栓连接强度呈下降趋势,且下降速度由快变慢,即随着层合板厚度的增加,结构承载能力的提升程度减小;合适的拧紧力矩可以增大结构的极限强度,过大的拧紧力矩不利于结构的承载。     

动态组合载荷作用下螺栓连接结构松动机理研究

针对动态拉压与剪切组合载荷作用下随动装置回转机构的螺栓连接发生松动现象,采用虚拟样机技术和有限元分析方法,研究失效机理及其影响因素。基于虚拟样机技术,提取回转机构故障螺栓连接结构的载荷;用有限元方法分析螺栓连接结构的螺栓数量、预紧力、连接件厚度、弹簧垫片的影响规律;建立数字化分析的评价指标体系,指导防松措施改进设计。以某型随动装置回转机构螺栓改进设计研究为例,基于数字化设计分析技术进行了螺栓连接松动机理研究,结论表明,改进设计与实际工程相符,螺栓连接结构不再发生松动失效。     

汽轮机联轴器螺栓剪切疲劳试验研究

在常温空气介质下，利用薄壁圆筒试样进行剪切疲劳试验，得到具有95％置信度、5％误差限的联轴器螺栓材料40CrNiMoA钢的剪切循环应力－应变特性参数和应变疲劳寿命特性参数，给出该材料在常温下的单调和循环剪切应力应变特性曲线以及不同可靠度下的剪切疲劳寿命曲线。试验表明，该材料在循环扭转载荷下表现出循环软化特性，并且比用von Mises准则所预测的循环软化程度要大些。对不同应变下的循环稳定应力变化规律进行比较可得，无量纲化的不同应变水平下的峰谷值应力仅与无量纲化的循环周次有关。     

螺栓啮合螺纹段的轴力、等效应力分布及摩擦的影响分析

采用有限元数值模拟方法,考虑螺栓材料的弹塑性性质,计算分析普通三角形螺纹螺栓-螺母副在轴向力作用下的内力、应力和变形规律。给出不同总轴力下螺栓螺纹段中轴向力和螺牙根部最大等效应力沿轴向的非线性分布规律和总轴力在各圈螺纹上的分配关系;对由轴对称二维螺牙模型、三维回转螺牙模型和三维螺旋线型螺牙模型计算得到的对应各圈螺纹上的轴向力和螺牙根部最大等效应力进行比较,指出在工程分析中,对于轴向载荷作用情况,可近似将螺旋线型螺牙简化为三维回转螺牙;给出螺栓绕轴线的转角和各圈螺纹上传递的轴向力随螺牙界面摩擦因数的非线性变化规律,得出轴向外力下螺纹段最大等效应力随摩擦因数增大而减小的规律。     

杠杆力作用下的螺栓联接刚度分析

螺栓联接由于自身简单和实用性强的特点成为工程结构中应用最广泛的联接形式,但是由于几何结构突变造成整个结构刚度的变化,使得螺栓成为整个结构设计过程中涉及参数最多的影响因素,明确刚度特性的变化规律对于进行包含该结构动力学分析是至关重要的前提。针对螺栓联接的一种受力形式杠杆作用分别讨论了两个影响因素:预紧力大小;杠杆力与螺栓中心的距离对联接刚度变化规律的影响。计算结果表明,较大的预紧力可以保证结构的初始刚度,但是影响较为有限,预紧力增加100%的条件下,初始刚度增加13%;杠杆力与螺栓中心的距离越短,联接结构的初始刚度就越大,该距离增加30%,刚度降低60%。并基于分析结果提出了双指数形式的拟合公式,并与计算结果进行对比分析验证了拟合公式的合理性,该计算结果可以为采用螺栓联接的工程结构提供刚度计算分析方法,为此类结构进行动力学分析提供了基础刚度的研究依据。     

空压机支座螺栓孔开裂原因分析

某款干混砂浆运输车上空压机支座螺栓孔开裂,导致螺栓容易被拉出。由于空压机结构的特殊性,空压机支座螺栓孔受到动载作用,这个动载难以在试验中直接得到。采用动力学仿真软件Adams,建立刚柔耦合模型,采用弹簧替代螺栓,对螺栓的受力进行仿真分析,最后得到螺栓孔的拉力,确定螺栓孔开裂的原因。结果表明:螺栓孔上的最大拉应力超过抗拉强度,从而导致螺栓孔开裂。     

一种基于精细有限元模型的螺纹连接结构数值方法研究

针对螺纹连接结构力学响应和螺纹上应力分布问题,提出了一种基于Patran软件的螺纹连接结构的精细有限元建模方法。利用Patran软件的前处理功能,将结构的含螺纹区域离散为螺纹层、过渡层和常规层。常规层采用常规方法单独建模,螺纹层、过渡层则采用双导线法建模。首先建立两条螺旋线,以及螺纹层和过渡层截面的平面单元,通过一定的方法将平面单元绕两条螺旋线旋转生成三维实体单元,最后合并过渡层与常规层的对应节点形成含螺纹区域的整体有限元模型。采用该方法对口型含螺纹连接结构在不同预紧力状态的响应进行了建模分析,获得了螺纹上的应力分布、结构的最大应力,以及螺杆中部的应力响应。结果表明,螺纹的应力分布特征和结构最大应力位置与已有的研究结果比较吻合。在预紧力10 N·M到70 N·M的七种工况下,计算所获得的螺杆上应力与实验结果相比,最小相对误差为0.5%,最大相对误差为4.8%,两者吻合较好。     

基于3D有限元模拟的螺栓接头变形-内力关系及在设计中的应用

考虑螺纹的三维螺旋线形几何特征和各组件结合面之间的摩擦接触关系,利用MSC.Marc软件建立螺纹螺栓-被连接件组合结构(接头)的三维接触有限元模型,并进行计算,给出接头轴向力与轴向变形之间的非线性关系曲线、残余预紧力和螺纹段最大等效应力随被连接件所受轴向外力的非线性变化关系曲线.分析这些非线性曲线的规律,得到相应的结论.基于这些曲线,提出确定螺栓接头预紧力和允许外力的方法.     

钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量技术

为确保钢结构工程的可靠性和安全性,必须严格控制连接螺栓的预紧力,必要时还要在线监测螺栓工作应力。依据声弹性原理,提出了利用高强度螺栓轴向应力与拧紧前后超声波渡越时间差的关系,结合螺栓材料系数、夹紧厚度等参数,间接检测螺栓轴向应力的方法。克服了耦合层厚度的离散以及温度变化造成的测量误差,大幅度提高了应力的测量精度。在此基础上,提出了材料系数预测、校正的方法。精度分析结果表明,螺栓应力测量精度优于5％,可满足绝大多数工业现场的要求。