螺栓连接件等效压缩刚度计算方法研究

摘要

螺栓连接是一种可拆卸的固定连接，除了具有结构简单、连接可靠、装拆方便、类型多样、利于检修等优点以外，还具有良好的受力性能以及抗震能力。但由于螺栓工作环境复杂，承受多种外部载荷，对螺栓的设计和校核过程中应充分考虑安全问题，以达到使用强度和功能要求。本论文对国内外螺栓计算方法和标准进行了对比分析，了解到螺栓连接的计算集中在对螺栓的装配应力、工作应力、疲劳交变应力、被连接件表面压力、防止打滑验证、剪切应力、紧固力矩等强度和功能要求。然而对于螺栓连接计算来说最重要的就是对外部载荷的分配比率进行计算，而对于外部载荷分配比率的计算主要在于对螺栓和被连接件的等效刚度的计算，其准确程度直接影响着螺栓连接计算结果。
　　论文以圆盘形被连接件为研究对象，分析了其在不同外界尺寸下的等效压缩变形体的简化形状（锥体、锥体加柱体、柱体）。同时，基于被连接件垂直于螺栓轴的横截面压应力均匀分布和压应力非均匀分布推导了空心圆锥体和空心圆柱体的等效压缩刚度计算公式。进而以M12螺栓连接为仿真对象，选择了大量不同被连接件尺寸，在这些尺寸下，被连接件的等效压缩变形体包含了可能出现的各种形状，进而对其进行有限元仿真分析计算，得到其轴向压缩刚度的仿真计算结果，在与基于压应力均匀分布和基于压应力非均匀分布推导的理论公式计算的理论值进行对比分析。最后，基于VB软件，编译了螺栓计算程序，通过输入螺栓和被连接件参数，以及外部载荷与其他计算参数便可对螺栓进行全面计算校核。
　　分析表明当被连接件的等效压缩变形体只包含空心圆锥体时，当被连接件的夹紧厚度较小时，采用压应力非均匀分布计算的结果和有限元计算的结果误差小于5％，但是当夹紧厚度较大时，其误差也会超过10％。当被连接件的等效压缩体包含空心圆锥体加上空心圆柱体，此时基于压应力均匀分布和压应力非均匀分布计算的结果相差超过了5％，但是基于压应力非均匀分布计算的结果与有限元计算结果更接近。当被连接件的等效压缩体只包含空心圆柱体。此时无论被连接件同材料或不同材料，基于压应力均匀分布和压应力非均匀分布计算的结果都与有限元计算的结果非常接近，无特别大的差别。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 螺栓连接计算标准国内外研究现状

1．2．1 单螺栓连接简化模型

1．2．2 国内外螺栓连接计算方法

1．2．3 小结

1．3 螺栓连接力分配系数国内外研究现状

1．4 选题意义与研究内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 研究内容

第二章 被连接件轴向等效压缩刚度分析

2．1 被连接件不同等效压缩变形体分析

2．2 基于压力均匀分布下被连接件刚度计算

2．2．1 空心圆锥体轴向压缩压缩刚度计算

2．2．2 空心圆柱体轴向压缩刚度计算

2．2．3 对于不同形状等效变形压缩体刚度计算

2．2．4 小结

2．3 基于压力非均匀分布下被连接件刚度计算

2．3．1 空心圆锥体轴向压缩压缩刚度计算

2．3．2 空心圆柱体轴向压缩刚度计算

2．3．3 对于不同形状等效变形压缩体刚度计算

2．3．4 小结

第三章 理论计算与有限元仿真对比

3．1 模型分析

3．1．1 螺栓连接尺寸选择

3．1．2 模型材料分析

3．2 有限元模型建立

3．3 模型计算分析

3．4 应力分布图

3．5 小结

第4章 螺栓计算软件编写

4．1 螺栓轴向刚度计算程序化处理

4．2 被连接件轴向刚度计算程序化处理

4．2．1 被连接件等效替代基体直径确定

4．2．2 被连接件等效压缩变形体判断

4．3 螺栓计算流程程序化处理

4．3．1 螺栓主要计算内容

4．4 螺栓计算软件界面

4．4．1 用户进入界面

4．4．2 常用参数输入界面

4．4．3 螺栓参数输入界面

4．4．4 被连接件参数读取界面

4．4．5 计算结果输出报告

4．5 计算实例

4．6 小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文