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1、概述 如图示，使用M3螺钉紧固结构件，中间为平垫和弹垫，其中弹垫为压缩状态。给M3螺钉施加预紧力，提出使用剪切应变能学说结合workbench仿真结果对螺栓的最适预紧力进行确定。 结合做过的项目，主要介绍：1）如何施加预紧力，施加的过程中应注意哪些问题；2）螺钉仿真结果如何进行评价。 图1 2、仿真过程 Proe建模导入Workbench，输入材料属性，包括弹性模量、泊松比，密度。其中；螺栓材料为不锈钢，弹簧垫片材料为不锈钢，平垫材料为弹簧钢65MN；结构件材料为铝合金2A12-T4。 进入geometry几何界面，对模型进行如下处理：由于预紧力不能施加螺纹连接处，也就是后面的bonded部分，需要将螺钉使用slice切分为三部分（螺帽、螺纹部分、中间通孔螺钉部分），slice通过建立相关的plane或者face进行切分，这里不再详写。 进入分析界面，赋予相关结构件材料属性；系统默认均为bonded接触，除了螺纹连接处，其他接触对均改为Frictional接触，摩擦系数设置为0.2。网格划分时，需要注意将螺钉中间通孔螺钉轴向部分至少保证两层网格，这是因为在该部分进行预紧力施加时，预紧节点需要，见图3所示。本文选用bonded接触来模拟螺纹之间的连接关系，若具体建立螺纹副，网格量太大，若是你想对螺纹副的具体受力情况进行研究，可以模拟，但是该部分工作已有很多前辈进行了研究，已经属于成熟已知技术，建议翻阅论文即可，若是工程需要且结合具体外载荷对螺纹的强度进行校核，考虑到计算量及精度，bonded接触足够用了。
图3 建立局部坐标系：以中间通孔螺钉为载体，进行局部坐标系建立，一定要注意，Z轴在螺钉轴向方向，施加预紧力需要，见图2。 施加载荷：结构件2底面施加固定约束，选择bolt pretention，选中中间通孔螺钉部分进行预紧力施加，坐标系更改为刚建立的局部坐标系。施加预紧力1500N进行分析，预紧力加载见图4. 图4 3、结果 提取螺钉螺纹部分的Equivalent（von-mises）stress应力，可以看到，第一圈螺纹处应力最大，约为447Mpa，一般情况下，我们会用该应力与螺钉的屈服强度或者抗拉强度进行对比校核。 图5 Equivalent（von-mises）stress应力 本文提出另一种校核方法，即剪切应变能学说进行校核。具体如下（公式倒不进来，就截图了）：
图6 Nomal stress应力 4、后续说明 主要介绍三点： 1）上述仅介绍了螺栓预紧力的施加及螺栓强度校核的方法，在模型中，我们能够看到，其实螺帽与螺杆交界处比螺杆处应力更大，该部分为整个结构的薄弱部位，更应该关心。 2）在工程结构设计时，我们更关心：给螺钉施加某一预紧力或者某一个范围的预紧力时，螺钉即不会发生松动也不会发生破环。也就是得到螺钉的最大预紧力及最小预紧力。该部分需要结合连接结构件的材料特性、外载荷、振动、温度环境等多种环境最终确定最适预紧力，后续可逐步介绍。其中螺栓、螺母的仿真与该部分内容类似，这里不再介绍。 3）预紧力与工程扭矩如何换算，如有需要，后续也可进行介绍。 . . . |
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