螺纹模拟的一些解答

上一篇螺纹模拟讲到：螺纹的强度计算除了用理论上的计算以外，更多的是结合有限元分析，获得螺纹连接头的各种强度，如抗拉，抗压，抗内压，抗外压，弯矩等强度。在分析中应着重考虑如下问题：

1. 螺纹的模型简化；多大的尺寸考虑到计算模型中？螺纹的升角如何简化？

螺纹由于其几何非线性，导致应力在螺纹牙齿根部及其不连续的地方会产生较大的应力放大，局部刚度对其应力结果会产生较大的影响；由此，外部约束（人为施加的约束用以模拟的边界条件）不应离螺纹过近，从经验上获得的值为螺纹管子的5倍名义外径施加约束，不会使螺纹处的刚度值产生较大影响。这是对圣维南原理的实际应用。对螺纹升角可以考虑升角为0来代替，即把螺纹剖面线绕中心轴旋转一圈获得，这样的螺纹失去了升角；但这对于简化螺纹建模有极大的便利。进一步想，简化失真吗？能代表实际螺纹的力学性能吗？模拟设计中遵循一种原则，即保守原则；如果更危险的工况都可以满足设计要求，那么设计的结构可以更加放心使用；螺纹升角为0时，螺纹承受外载的横截面积为A，当螺纹升角大于0时，则为A/cos(a),由此，可以直观的看到，有螺纹升角时，螺纹的接触处的应力较小；用升角为0的螺纹模拟，可以获得更加保守的设计结果。

2. 螺纹的预紧力如何计算？是扭矩值计算而来？（可以从实际旋转圈数或者扭矩值并结合螺纹的参数如螺纹名义外径，螺纹头数目，螺纹牙距等计算出螺纹的预紧力，可在网上找到相关计算方法...）

3. 螺纹是否偏心？螺纹是否有缺陷？（这个考虑有利于模拟结果和实际相符；如果螺纹偏心或者有初始缺陷，其应力放大因子成指数级增加，对后期的疲劳强度影响极大。）

4. 公母扣螺纹的接触如何设置？（最真实的模拟是非线性的自然接触，当然存在收敛问题，需要不断优化网格以及调整接触参数）

5. 网格在螺纹处如何处理？（螺纹接触处建议用4边形和六面体网格，减少网格畸变；在螺纹齿根处应使齿根处的倒角圆滑过渡真实模拟齿根部的应力。）

6. 螺纹考虑是2D还是3D？（基于不同的外载工况，需要不同的模拟维数，具体问题具体分析；如弯矩的强度，至少要180度的对称模型。）

7. 是否考虑密封功能？（螺纹在存在液压的连接中，通常都会用到密封，这个模拟是很有挑战的非线性问题；如金属密封，橡胶密封；当液压超过一定值时，密封功能失效，整个系统破坏；由此，需要判断密封失效产生的阈值是否低于强度值。）

8. 如何根据计算结果评价螺纹的强度？它的理论依据是什么？（见仁见智，可话题很大，总体思路是螺纹用于什么环境？是什么材料？不同的行业有不同的评价方法也有不同的理论依据。）

9. 如何检验计算结果是合理的？能否用理论计算验证？（同样是见仁见智，不同的工程师有不一样的检查手法，但大致如下：1）宏观判断应力及位移等分布；2），局部细致的观察，尤其对感兴趣的局部进行全面的分析，如应力放大因子，应力传播路径，动画趋势；等是否合理；3），对几何规则处进行理论计算，计算结果和实际模拟结果进行对比；4，平衡法，及外力等于接触处反力之和。5，单元解和节点解得对比，可以帮助判断网格是否适合。）

基于团队的知识局限和实际工程经验的不足，若有不恰当之处，包涵并斧正。