【科普】螺栓连接结构的微滑移现象

ThreadDesigner软件操作手册适用于ThreadDesignerV1.0版本或邻近版本VDI2230PartII中将螺栓连接有限元模型分为四级：一级模型只对部件进行建模，不考虑螺栓本体；二级模型将螺栓考虑为线元，即作为拉伸构件、梁单元或弹簧单元；三级模型将螺栓建模为等效实体模型，即不考虑螺纹的螺栓有限元模型；四级模型为最高等级，表示详细建模的螺栓，需包含螺纹和所有接触面中的接触条件，并且精确表现螺栓的每个细节。ThreadDesigner软件生成的模型完全符合VDI2230准则的四级模型要求。VDI2230PartII对四级模型的表述是：四级模型FEM的计算应力符合VDI2230讨论的设计概念所需的公称应力定义，可用于确定公称载荷。并且，可通过相应的局部验证概念确定和评估螺纹每个位置的局部载荷。此外，最小螺纹配合长度也需要通过四级模型在考虑弹塑性材料特性的情况下获得。VDI2230PartII中对螺栓精确有限元模型的评价可总结为：一种更加精确的可以可替代VDI2230的螺栓连接设计与校核的方法。螺栓精确有限元模型的工程应用优势在于：1)可模拟拧紧过程，研究拧紧方法、拧紧工具、螺栓参数等对拧紧过程带来的影响，高速、高效、低成本获得最佳拧紧策略。2)模拟松动行为，便于研究螺栓的松动机理与防松措施。3)计算螺纹应力集中情况，快速判断静强度、疲劳强度等是否达标，降低工程风险。4)辅助或替代VDI2230准则进行螺栓连接设计与校核。因此，采用轮廓与实际高度一致的螺纹部件有限元模型模拟螺纹连接失效行为是提出针对性防松措施和提高可靠性的有效手段，该方法已经过了学术界15年的检验与认同。但是，螺纹模型的参数化精确建模方法仍属于紧固连接研究领域的前沿技术，螺纹网格无法人工划分，需要借助计算机程序实现。目前国内相关学术研究仍然集中于西南交通大学、西安交通大学、北京理工大学、大连理工大学等个别高等院校和研究机构，各机构算法严格保密，处于技术垄断阶段，并形成了多个“技术孤岛”。这也导致了学术研究成果迟迟无法落地，本应广泛应用于工程领域的实用先进技术多年来仅存在于顶级期刊论文中。来源：昊宇睿联