基于ABAQUS的螺栓预紧分析

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1、#信息技术#刘坤,等#基于ABAQUS的螺栓预紧分析基于ABAQUS的螺栓预紧分析12刘坤,刘文雨(1.宁波燎原工业股份有限公司,浙江宁波315400;2.重庆大学土木工程学院,重庆400044)摘要: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。关键词:螺栓预紧;ABAQUS;摩擦;扭矩法中图分类号:TH12.6文献标志码:A文章编号:1671-5276(2011)

2、02-0105-03AnalysisofBoltPreloadBasedonABAQUS12LIUKun,LIUWen-yu(1.NingboLiaoyuanIndustryCo.,Ltd.,Ningbo315400,China;2.DepartmentofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqin400044,China)Abstract:Thispaperintroducestheoreticalanalysisthattorquemethodisusedtocontrolt

3、heboltpreloadandestablishesathree-dimensionalmodelwhichisimportedtoABAQUSsoftwarethroughpre-processingsoftware.Italsoanalyzesthestatusofboltpreloadthroughtheface-to-facein-teraction,calculatestheimpactofdifferentparametersonmagnitudeanddistributionofstressincontacta

4、reaandfinallygivessomesuggestionsontheprecisecontroloftighteningtorque.Keywords:boltpreload;ABAQUS;friction;torquemethod选取工程中常用的M20@2.5内六角粗牙螺栓作为[2]0前言研究对象,各部件尺寸如图1所示。其预紧力矩为:T=T+T(1)fSW螺栓联接以其构造简单、生产和安装方便在现代工业d2T=F@@tan(U+Q)(2)st2v中被广泛应用。重要的联接对螺栓预紧力的控制精确要求越来越高。文献[1-2]

5、均使用刚体接触模型,以理论力学T=F@L@D(3)wtww方法计算螺栓预紧力与转矩之间的关系,忽略螺栓与支承式中:Tf)))螺栓预紧力矩;面之间非线性弹性变形及摩擦影响。随着计算机数值分Ts)))螺纹阻力矩;析技术的发展,采用一定的模拟技术对螺栓预紧及其影响Tw)))支承面阻力矩;因素进行更为准确、深入的研究,意义十分明显。d2)))螺纹中径;Ft)))螺栓所受轴向拉力;1螺栓预紧力学模型U)))螺纹升角;Qv)))螺纹楔形面当量摩擦角;Lw)))支承面摩擦系数;D)))支承面摩擦扭矩的等效直径,当支承面为圆w环状时。332d

6、w-dbDw=@22(4)3d-dwb式中:dw)))支承面外径;db)))支承面内径。本例中螺纹中径d2=18.6mm,考虑拧紧过程中螺纹变形导致实际承载中心线沿螺纹牙高方向正负偏移50%,则偏移后增加的螺纹处摩擦扭矩与5螺纹紧固件紧固通则6(GB/T16823.2-1997)(以下简称/通则0)中螺纹扭矩比值:(Tcs-Ts)/Ts=(dc2-d2)/d2=?2.7%(5)图1螺栓预紧三维模型实际工程中往往采取润滑措施以减小螺纹间摩擦对螺栓作者简介:刘坤(1988)),男,江西九江人,助理工程师,学士学位,主要从事特种钢构

7、强度设计及研究工作。MachineBuildingAutomation,Apr2011,40(2):105~107#105##信息技术#刘坤,等#基于ABAQUS的螺栓预紧分析[3]杆身的扭转剪切作用,因对整体扭矩控制影响较小,文中只取螺栓与支承面作为研究对象,所得结论对螺纹部位同样有效。2有限元模型[4]为精确模拟接触面应力分布,将三维实体模型导入hypermesh对螺栓及支撑面精确划分六面体网格,其中螺栓沿径向方向单元尺寸为0.5mm,支撑面为1mm。为得到图3有限元模型应力云图[5]较高的计算精度同时合理减少计算时间,模

8、型选用ABAQUS单元库中C3D8R(三维八节点缩减积分)单元(如通过分析ABAQUS计算数据,得到接触区节点应力图2)。螺栓材料40CrNMio,弹性模量210GPa,泊松比分布图,如图4所示。01277;支承面材料Q235B,弹性模量200GPa,泊松比0.25。图4螺栓