分会会议论文 ＤＯｈ １０．３９６９，ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１２．１０．０３７ 基于ＡＮＳＹＳ的三维螺栓联接静强度分析 王，周保君，刘铁 （深圳大学机电与控制工程学院，广东深圳 ５１８０６０） 摘要：应用有限元软件ＡＮＳＹＳ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，建立螺栓联接ｉ维有限元模型，采用对比的方法对某扶梯驱动机座连接螺栓进行了 失效分析。该分体式螺栓在螺杆旋入Ｔ形头方向上的第一圈旋合螺纹牙根存在较大的应力，是整个联接的薄弱环节。有限元分 析定量证实了不合理的螺栓分体式结构设计、螺纹联接旋合长度不足以及安装过程中预紧力控制不当造成了螺纹压溃拔出螺栓 头，是螺栓的主要失效形式，与破坏性试验相吻合。 关键词：有限元；螺栓联接；强度 中图分类号：ＴＨ１２ ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２ ｆ２０１２）１０—０１３６—０５ Ｓｔａｔｉｃ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｂｏｌｔ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｚｈｉ，ＺＨＯＵ Ｂａｏ—ｊｕｎ，ＬＩＵ Ｔｉｅ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ３Ｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｈ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｂｏｌｔｓ ｉｎ ｉｘｉｆｎｇ ａｎ ｅｓｃａｌａｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｕｎｉｔ．Ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｏｌｔ ｈｅａｄ，ｔｈｅ ｓｃｒｅｗｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｒｅｓｐｅｅｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｏｃｃｕｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｏｏｔｈ ｒｏｏｔ ｏｆ ｔｈｒｅａｄ ｓｃｒｅｗｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｂｏｌｔ－ｈｅａｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｏｈ－ｒｎｄ，ｗｈｉｃｈ ｆａｃｅｓ ｔｈｅ ｄａｎｇｅｒ ｏｆ ｃｒｕｓｈｉｎｇ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｌｉｔ—ｂ（）ｄｙ ｂｏｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｈｏｒｔ ｓｃｒｅｗｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｅ ｂｏｌｔ—ｒｏｄ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｄｒａｗｎ ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｌｔ—ｈｅａｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｒｅａｄ ｃｒａｓｈｉｎｇ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｏｌｔ ｗｏｒｋｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ｗａｓ ｎｏｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｂｏｌｔ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ；ｂｏｌｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｏ前言 在螺纹联接中，对于单个标准螺纹紧固件的 选型设计以及规则布置且受力（矩）对称的螺栓 栓抗拉疲劳性能，李波等人对螺纹三维模型的有 限元分析进行了探索 。 。这些研究为探索螺栓联 接提供了很好的思路，但传统的设计方法需要大量 的实验作为依据，并且很多规律都是概括性的总 结，对于螺栓螺纹牙各部位应力、螺栓内部应力等 情况分析较少。有限元技术的发展为定量分析螺纹 内部应力提供了条件。在通常的有限元分析中，一 般采用的方法是将螺栓简化为轴对称，建立二维有 组设计，其选型和计算都有明确的规则，设计方 法较为成熟。但由于结构，对于某些场合所 选用的非标准螺纹紧固件的设计、或者对于受力 复杂且非对称分布的螺栓组中螺栓的设计，缺乏 有效的计算规则。实际应用中，由于设计不合理 导致连接失效而造成重大损失的事故屡有报道。 限元模型进行分析，即使是建立ｊ维模型也是忽略 了螺纹的细节部分，在一些特殊的分析隋况下，这 有限元技术的发展，使复杂结构的应力计算成为 可能，其分析结果真实可靠，成为工程分析的重 要手段之一。 样会大大降低分析的精度［４１。本文基于ＡＮＳＹＳ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ模块，结合传统设计方法，通过ｊ维有 限元分析方法研究了螺栓结构、旋合长度以及预紧 力对螺栓强度的影响，并应用于工程实例分析中， 可对以后类似的设计、安装提供一定参考。 在螺栓联接方面，傅骏等人对螺栓的不同材 质进行研究分析，归正等人对高强度螺栓使用中 的长度进行了研究，赵曼等人研究了如何提高螺 收稿日期：２０１２—０７—２５ ｒｌ ————————～—ｉｒ ———１—３６ ——ＴＬ ————————］ ｝
