Ansys Workbench工程应用之——结构非线性（下）：状态非线性（5）螺纹连接

Ansys Workbench工程应用之——结构非线性（下）：状态非线性（5）螺纹连接

概述

螺纹连接在制造业中应用广泛，尤其在领域，从机械产品到土木工程，几乎无处不在。本文着重介绍了螺纹连接的工程应用基础、材料与许用应力、预紧、以及强度计算。此外，还将深入Ansys Workbench进行螺纹连接的仿真分析，旨在为工程设计提供更直观、精准的分析工具应用指南。



螺纹的工程应用基础


在讨论螺纹的工程应用前，需要了解螺纹的主要参数：


大径d：螺纹的公称尺寸，例如M8螺钉的大径d为8mm。

螺距P：相邻两圈螺纹的轴向距离，对于M8×1.25螺钉来说，螺距为1.25mm。

小径d1：螺纹的最小直径，用于强度计算中螺杆危险截面的计算直径，对于M8×1.25螺钉，d1约为6.65mm。

中径d2：确定螺纹几何参数和配合性质的尺寸，对于M8×1.25螺钉，d2约为7.2mm。

螺纹升角Φ：确定在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面间的夹角。


接触高度h：内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。


螺栓的材料与许用应力

材料与性能等级：国家规定螺纹连接件按材料力学性能划分等级，螺栓、螺柱、螺钉分为性能等级4.6至12.9，规定材料公称抗拉强度、屈服强度及比例，以确保连接的可靠性。螺母性能等级则依据与螺栓等级匹配的等级要求。

常用材料：低碳钢（Q215、10钢）、中碳钢（Q235、35钢、45钢）以及特殊用途的材料，如低合金钢、合金钢、特种钢等。

许用应力公式：计算螺纹连接件的许用拉应力、切应力及挤压应力，提供了基于材料极限强度的安全分析指标。

预紧

定义与操作：螺纹连接装配时，需通过预紧力确保连接强度和可靠性，通过人工或机器施加扭矩实现。

预紧力的影响：适当的预紧力能提高连接的疲劳强度与可靠性，但过大的预紧力会增加结构尺寸和连接件风险。

强度计算


1. 松螺栓连接强度分析：面对无负荷载的紧固连接，采用拉伸分析。


2. 紧螺栓连接强度分析：


仅承受预紧力：组合考虑拉伸与扭转作用力。

承受预紧力与工作载荷：总拉力受到螺栓和连接件刚度的影响，需综合原预紧力和工作载荷分析。

承受工作剪力：通过挤压与剪切分析确定连接可靠性和螺栓强度。


Ansys Workbench仿真


模型建立：通过软件创建螺栓、螺母、垫片等元素，准确模拟实际连接状态。


加载顺序：考虑工程实际，合理设置预紧步骤与力加载顺序。

强度评估：计算F2以评估总拉力，并结合实体模型的应力奇异点等因素，确保结果的准确性。

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