【技贴】螺母松动CAE分析的一般流程！

一、前言

螺栓作为机械工程中的一个重要部件，其不仅仅是各种板件之间的连接件，而且还起着预紧作用。在机械工程中，为了增强螺栓螺纹联接的刚性、紧密性、防松能力以及防止受横向载荷螺栓联接的滑动，多数螺纹联接在装配时都需要预紧，而预紧力的施加是通过一定的拧紧力矩来实现的，合适的拧紧力矩对螺栓联接件和被联接件的寿命都是有益的。

二、相关理论

一般来说，拧紧力矩是通过拧紧扳手来施加的，而拧紧扳手力矩是用于克服螺纹副的螺纹阻力矩及螺母和与被连接件(或垫圈)支承面间的端面摩擦力矩。依据经验公式：M＝F*D*K（M为螺栓扭矩，F为螺栓载荷，D为螺栓公称直径，K为系数，一般为0.1-0.3，常取0.16，需根据实际进行相应调整）。而扭矩系数K一般很难得到其准确值，通常需要通过相关试验进行修正。

三、螺母松动原因分析

通过相关试验数据以及相关文献，得出导致螺母松动的原因主要有以下：

（1）一般情况下螺栓总成在一定的预紧力矩作用下，导致螺栓长度伸长，从而引起预紧力矩下降，当路面有一定的冲击或时间较长后，引起车轮螺母松动；

（2）当螺母施加的力矩过大，也可能导致螺母相接触的轮辐出现过大的等效塑性应变，且超过该材料的屈服强度，在道路试验承受动载荷的情况下极有可能导致夹紧力下降，从而出现螺母松动现象。

四、螺母松动CAE分析

1、材料定义，需要定义材料的真实应力应变曲线，如下所示。

2、将各个零件组成装配体，如下所示。

3、定义分析步，根据螺栓的预紧力矩进行合适的分析步定义。

4、接触定义，由于各个零件之间有接触，需要考虑接触的影响。

5、载荷步定义，根据实际力矩加载过程，建立多个分析步，以便接触的逐步建立。

（1）首先定义螺栓预紧力，即Bolt load，选择螺栓截面或几何截面，定义预紧力。根据所要施加的载荷大小，逐步加到所需要的预紧力，再保持螺栓长度不变；再定义另一端螺栓载荷，逐渐加到目标载荷。

（2）对结构进行非线性分析其边界条件和载荷的定义要尽量与实际相吻合，通常在非线性分析时要设定多个分析步，达到各个接触逐渐建立起来。

6、结果读取，首先通过查看预紧力，看是否与接触力相等。

（1）通过查看分析结果知预紧力CF1=1.42e5N，与接触面的接触力CFN2=1.4201e5N相等，即分析模型可进行下一步分析。

（2）通过分析得到在施加预紧扭矩不超过461Nm时，即接触的零件最大塑性应变不超过某一参考值才不会导致螺母松动。在此情况下螺栓预紧力合适，不会因过大或过小，导致螺母松动的现象。通过大量的工程案例表明该螺栓松动分析方法是合理有效的，具有一定的工程参考意义。