螺纹连接件参数化CAD系统研究

摘要

为了适应中国铁路的高速发展，铁道车辆企业迫切要求缩短机车车辆产品的设计周期、提高设计效率和保证运营安全。螺纹联接件在机车车辆行业中应用广泛，不同客户根据不同的实际问题，对螺纹联接件的性能、参数以及材料有不同的要求。螺纹联接件的参数一般依据标准进行控制，不同参数之间有特定的约束关系，可以综合利用Access数据库技术实现螺纹联接件的参数化CAD系统。
　　 本系统是以VisualC++为编程工具，以SolidWorks2010为软件开发平台，利用COM组件技术，以参数驱动的方法来实现的。系统依据相关标准建立了Access数据库，并使用ADO数据库接口技术访问Access数据库进而管理模型库的参数，避免了手动更新参数的不合理性。用户只需要在相应的人机交互界面选择所需的数据，即可快速得到所需的实体模型，进行相关的研究工作。
　　 本文以某型车的电机悬挂螺栓组为研究对象，利用力矩平衡和变形协调条件提出了一种将螺栓组模型转化成适用于VDI2230准则单螺栓联接模型的方法。通过该方法能确定螺栓组不同螺栓受最大静载荷和最大交变载荷所处的工况，进而基于VDI2230准则评定不同螺栓的静强度和疲劳强度是否满足设计要求。本系统还开发了基于该准则的计算螺栓等效工作应力的插件程序。用户利用系统提供的插件程序可以快速地对螺栓进行静强度校核。另外，对比分析了VDI2230准则与有限元分析的结果，说明本研究适应VDI2230准则。
　　 在ANSYS软件中，通过实体建模、网格划分等步骤建立有限元模型。同时，考虑整个模型尤其是螺纹部分任何可能发生接触的面并建立相应的接触对。通过工况分析确定对应外载荷，同时根据力矩法控制预紧力的方法确定预紧力，施加约束并求解后，可得到不同螺栓在不同工况下的应力云图。根据特定工况应力云图能对螺栓进行静强度校核，通过与VDI2230准则的分析结果进行对比分析，验证该方法是适应VDI2230准则的。同时，提取关键部分的节点解，经过数据处理，利用强度校核公式来评定螺栓的疲劳安全系数是否满足要求。
　　 综上，本系统不仅能提高螺纹联接件的设计效率，而且还能为后续的结构设计及强度分析提供所需的几何实体模型和简洁的计算界面。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 机车车辆CAD技术的发展概况及趋势

1．2．2 国内外CAD参数化设计的研究现状

1．2．3 我国机车车辆参数化CAD系统的研究概况

1．2．4 联接螺栓的预紧力及强度校核研究情况

1．2．5 非线性接触分析的意义及研究情况

1．3 研究方案及主要工作

第2章 螺纹联接件概述及应用

2．1 螺纹联接件概述

2．2 螺纹装配要求及预紧力控制理论

2．2．1 螺纹装配要求简析

2．2．2 力矩法控制预紧力的基本理论

2．3 螺栓组工作载荷的确定

2．3．1 螺栓组工作环境介绍

2．3．2 工作载荷计算过程

2．4 本章小结

第3章 基于SolidWorks2010平台的二次开发技术

3．1 接口技术

3．1．1 插件开发原理

3．1．2 SolidWorks2010 API函数简介

3．2 参数化设计技术

3．2．1 参数化设计基本思想及实现步骤

3．2．2 参数化设计方法的选取

3．2．3 DLL程序的实现

3．3 数据库访问技术

3．3．1 ADO数据库接口对象的属性和方法

3．3．2 ADO访问Access数据库的步骤

3．4 本章小结

第4章 基于VDI2230准则的螺栓强度校核

4．1 VDI准则简介

4．2 VDI2230准则对螺栓联接件的分析原理

4．3 联接模型及参数设定

4．4 计算过程

4．5 基于VDI2230准则的螺栓强度校核

4．5．1 螺栓静强度校核

4．5．2 螺栓疲劳强度校核

4．6 本章小结

第5章 螺纹联接件参数化设计及CAD系统的实现

5．1 系统总体框架设计

5．1．1 系统功能介绍

5．1．2 总体框架设计

5．2 螺纹联接件参数化设计

5．2．1 螺栓参数化设计

5．2．2 螺母参数化设计

5．3 强度校核设计

5．4 螺纹联接件参数化CAD系统的实现

5．4．1 系统界面开发

5．4．2 人机交互界面应用

5．5 本章小结

第6章 基于有限元法的螺栓强度校核

6．1 有限元法及软件平台简介

6．1．1 有限元法概述

6．1．2 ANSYS软件介绍

6．2 悬挂电机螺栓的有限元分析

6．2．1 建立实体模型

6．2．2 定义材料属性

6．2．3 建立有限元模型

6．3 加载及求解

6．4 结果分析及强度校核

6．4．1 工况①结果分析

6．4．2 工况②结果分析及静强度评定

6．4．3 工况③和④结果分析及AD螺栓疲劳强度评定

6．4．4 工况⑤和⑥结果分析及BC螺栓疲劳强度评定

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文