螺栓连接的有限元建模及仿真分析

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1、2015年第2期车辆与动力技术总第138期Vehicle＆PowerTechnology文章编号：1009—4687(2015)02—0058—05螺栓连接的有限元建模及仿真分析辛鹏，万义强，徐琢(北京理工大学机械与车辆学院，北京，100081)摘要：针对螺栓连接结构的仿真分析，建立了单体螺栓连接有限元模型和螺栓法兰有限元模型．理论计算和仿真分析均表明，在施加拧紧力矩后，装配应力主要产生在实体螺栓的螺头、垫圈和被连接件之间；与此同时，最大应力值也出现在螺母与螺杆连接处．模态分析表明，螺栓预紧力的大小对结构的影响很小．对于螺栓法兰连接结构，由装配引起的应

2、力变化和分布也局限在各螺栓附近，其余部位影响甚小．为了提高仿真计算的效率和准确度，建议采用实体螺栓连接模型．关键词：螺栓；法兰连接；预紧力；模态；装配应力中图分类号：U463文献标识码：AFiniteElementModelingandSimulationAnalysisofBoltedJointsXINPeng，WANYi·qiang，XUZhuo(SchoolofMechanicalEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing，100081)Abstract：Inviewofthesimulati

3、onanalysisofboltconnectionstructure，afiniteelementmodelforasingleboltconnectionandafiniteelementmodelfortheboltflangeareestablished．Theoreticalcalculationandsimulationanalysisshowthat，afteraddingthetighteningtorque，theassemblystressismainlygeneratedamongtheboltscrewhead，washeran

4、dfittings，andthemaximumstressvalueappearedinthenutandscrewjoints．Modalanalysisshowsthattheboltpre—tighteningforcehaslittleinfluenceOfthestructure．Forboltedflangeconnectionstructure，thestressvariationanddistributioncausedbytheassemblyarelimitednearthebolts．Inordertoimprovetheeffi

5、ciencyandaccuracyofthesimulationcalculation，aconnectionmodelforanentityboltiSrecommended．Keywords：Bolt；Flangeconnection；Pretension；Modalanalysis；Assemblystress螺栓连接作为一种可拆卸式的连接方式，广泛由于螺栓连接中，连接件和被连接件相互之间存在于各种机械设备中联结问厚度不大的场合．一的作用力比较复杂，因此，在有限元分析中，需要般而言，对于各种机械式连接件，在工作过程中，有针对性的简化．在螺栓连接中

6、，螺栓预紧力和相应力集中和疲劳多数发生在连接部位，即螺栓附互间接触是比较重要的两个特点，它们对结构的静近，这对螺栓的寿命和连接精度有着重大的影响．态特性和动态特性的影响非常大．对于螺栓连接结因此，分析螺栓连接的应力产生有着重要的意义．构中的接触应力和连接刚度，许多科研工作者通过收稿日期：2015—1—9作者简介：辛鹏(1990一)，男，硕士第2期辛鹏等：螺栓连接的有限元建模及仿真分析理论计算和有限元仿真，并加以试验验证，对螺栓一0．5o"，(3)连接进行了大量的研究分析⋯，得到了很多有价对于钢制螺栓，可根据第四强度理论确定许用值的、可以借鉴的结论．在螺

7、栓连接中，螺纹的接计算应力触和应力分析是有限元仿真中的难点．孙宇娟-3_=。。~／+3丁=√+3(0．5o-)=1．3o-．等通过对螺纹的建模和分析，得到螺纹轴向载荷和(4)应力分布规律，表明螺纹的形状和螺栓效应对螺栓从公式来看，对于M10钢制紧螺栓连接，在结构的轴向载荷和应力分布的影响不大．这对我们拧紧时虽然受拉伸和扭转的联合作用，但计算时可简化螺栓模型提供了理论上的帮助．按纯拉伸计算紧螺栓的强度，仅将所受的预紧力增通过对螺栓连接应力分布的理论计算，基于有大30％即可．对仅承受预紧力的紧连接螺栓，螺限元分析软件ANSYS，对螺栓连接进行精细化建栓危险

8、截面的应力值需小于许用应力模，并施以局部接触及螺栓预紧力，通过理论计算O'ca：1．3：≤[】