螺栓连接(一)
下面的表格给出了一些英制螺纹与公制螺纹横截面尺寸计算关系,公制螺纹的计算关系是基于参数H,三角形的高度,该参数与螺距之间的关系如下:
External Thread (Bolt) Areas:
预紧力大小
Sty 为屈服强度,At 为拉伸应力区域。一般来讲预紧力不应该小于施加在接头上的最大拉力,这有助于保持被连接件始终保持压缩接触,作用在接头上的拉伸力会降低被连接件的压缩,如果施加的力高于预紧力将会使得被连接件分离。
Fproof 是紧固件的试验载荷,试验载荷与试验强度有如下关系:
Fproof = Sproof At
试验强度大约等于85%的拉伸屈服强度,即Sproof = 0.85·Sty,那么预紧载荷为拉伸屈服强度的函数关系推荐如下:
注意到上面的计算是偏保守的,一般的经验则是将紧固件预加载到屈服强度的2/3,即%yld = 66.7%
预紧力的松弛
这个表格主要是要学习预紧的方式以及各种方法之间的精度大致分布,可见采用应变计或者超声波传感精度是远高于其它方式。实际加载用得比较多可能是扭矩扳手,仿真里面可能用螺栓拉长比较多。
预紧扭矩
扭矩系数是基于螺栓条件,如果条件不清楚推荐扭矩系数为0.2
上图每个弹簧的刚度计算如下:K=AE/L
螺栓刚度
螺栓胫的刚度
Anom 为螺栓公称面积,Ebolt 螺栓材料的弹性模量,Lshank 螺栓胫的长度
螺纹部分的刚度
Lthd.g 螺纹长度,At 拉伸应力面积
螺栓有效刚度
英制螺栓螺纹公称长度
螺栓胫长度:Lshank = L − Lthd,螺纹长度:Lthd.g = Lg − Lshank
因为英语实在是太废柴了,翻译出来感觉都变了。。。所以如果有图还是应该以看图为主或者自己理解,上面比方说提到螺纹长度,我深信不会有人觉着应该是整个螺纹的长度,而应该是抓紧的部分。
Grip Stiffness
。其计算是基于简化的压力锥,这种方法可以预测整个抓紧厚度的压力分布,大致如下图所示:
压力锥内部件的一部分称为截锥,其刚度计算如下:
d 为截锥内径, D 为截锥外径的最小值, t 为截锥厚度, E 材料的弹性模量, and α 为压力锥的角度。压力锥角度推荐为30°
在带螺母的接头中,压力锥从螺栓头下开始,到螺母下结束。这种情况下很容易根据轴承面的直径确定截锥的直径,在螺纹接头中,压力锥从螺栓头部下面开始,在最终板材的螺纹部分结束。最终有效抓紧厚度为:
t 为板材厚度, dnom 螺栓公称直径,假定压力锥末端的截锥直径为1.5·dnom.
Grip Stiffness Approximation
E 材料的弹性模量, Lg 抓紧长度, α 截锥角度(30°), dbh 螺栓头部以下轴承面直径, d 内部截锥直径。 d 可以是螺栓的公称直径,也可以是接头部分最中心部位的孔径(结果更准确一些)。
如果假设螺栓头部直径比螺栓公称直径大50%,如dbh = 1.5·dnom,那么结算可以进一步简化:
鉴于内容太长分两次,另外里面有许多地方没有展开,后续接着看。实际内容太复杂,关于螺栓计算就挑最典型的慢慢看,后续再进一步丰富。
注:仅记录学习FEM的一个过程,表达的是个人观点与认识,欢迎一起讨论学习。有疑问可以私,本号没有留言功能,无法互动。本人小白一枚,正在努力的路上。