单剪螺栓连接复合材料叠层板螺栓孔周边应力场分布

基于螺栓连接三维实体模型,研究螺栓-孔间隙、挤压面摩擦因数等因素对挤压面上的应力分布的影响。研究发现螺栓连接叠层板每层中在纤维方向上释向应力和周向应力达到最大值,单层板铺层方向是径向应力和周向应力的主要承载方向。螺栓-孔间隙对孔周应力的分布产生较大的影响,径向应力分布具有相似性,间隙越大,径向应力水平越高,最大周向应力反而有所减小,而且间隙的存在使得径向应力的分布发生改变,最大径向应力向外加载荷方向靠近;螺栓-孔接触面的粗糙程度对孔周应力的分布也产生较大的影响。随着摩擦因数的增大,最大径向应力随之减小;最大周向应力随着摩擦因数的增大而减小。     

不同载荷下六孔束腰型叠片联轴器有限元应力仿真研究

叠片联轴器工作时经常会受到转矩、离心力、轴向位移和角向位移的作用,对叠片联轴器在以上各种载荷下的应力分析,能够为动力装置的安全运行提供可靠保证.建立了考虑叠片之间接触影响的六孔束腰型叠片联轴器有限元模型,分析了联轴器在转矩、离心力、轴向位移和角向位移单独作用下的叠片应力大小和分布特征,并通过改变螺栓的预紧力和叠片间的摩擦因数,研究了它们对联轴器应力特性的影响.结果表明,增大螺栓预紧力和摩擦因数会导致联轴器在转矩、轴向位移和角向位移作用下最外层叠片的最大等效应力值增大,但对离心力作用下的应力影响不大.     

预紧力对紧螺栓连接板位移载荷响应的影响

针对螺栓连接的可靠性和紧密性问题,研究切向载荷作用下预紧力对紧螺栓连接结合面微滑状态下等效刚度以及微滑移-宏观滑移临界响应幅值的影响。以单搭单螺栓连接板为对象,分析结合面接触压力和预紧力的关系,在研究连接板位移载荷特性的基础上,构建螺栓连接板的等效刚度模型;基于有限元法开发变预紧力的单搭螺栓连接板参数化模型,提出位移载荷响应计算方法;探讨预紧力对微滑阶段螺栓连接板的位移-载荷响应的影响,分析预紧力对微滑移-宏观滑移临界响应幅值和等效刚度的作用。结果表明,当连接板自由端位移响应幅值小于0.075 mm时,预紧力变化对位移载荷响应没有影响,螺栓连接板等效刚度渐硬;当位移响应幅值大于0.075 mm时,预紧力对等效刚度影响明显;微滑移-宏观滑移临界响应幅值与预紧力大小呈近似线性关系。当预紧力为[0.15~0.33]F_(0max)(F_(0max)为最大预紧力)或[0.45~0.70]F_(0max)时,预紧力变化对连接刚度影响很小,预紧力对等效连接刚度的影响可达到50%。研究表明,切向载荷作用下的摩擦式螺栓连接,改变预紧力可调节螺栓连接板的等效刚度和微滑移-宏观滑移临界响应幅值,综合考虑可为螺栓连接板的力学设计提供新思路。     

螺栓与孔间隙对紧螺栓连接板孔周应力的影响

为研究螺栓与孔间隙对单搭接单螺栓连接板孔周应力水平的影响规律,基于弹性力学方法建立螺栓连接板孔周应力分析模型,讨论影响孔周应力水平的各种因素;以单搭接单螺栓连接板为对象,建立螺栓连接板的参数化有限元模型;通过算例分析螺栓与孔间隙变化对紧螺栓连接孔周应力水平的影响。结果表明:当圆孔直径与螺栓直径之比值在1～1.3之间时,孔周应力平均水平沿圆孔深度方向逐渐降低;但是螺栓与孔间隙对板上表面和下表面的孔周应力作用规律不同,在板上表面或孔中间位置,孔周应力随孔隙增大而减小,在板下表面位置,孔周应力分布呈开口向上的抛物线;当圆孔直径与螺栓直径之比值在1.1～1.2之间时,孔周应力不受孔隙大小影响。     

影响变桨轴承套圈及螺栓强度的因素分析

基于有限元分析方法,建立了某2.5 MW风电机组"叶片-螺栓-变桨轴承-螺栓-轮毂"的整体有限元模型,分析了螺栓预紧力、螺栓连接面摩擦因数和垫片高度对变桨轴承套圈及其连接螺栓应力的影响,结果表明:螺栓预紧力、垫片高度对轴承套圈及连接螺栓的最大应力和疲劳损伤最大值影响较大;结合面摩擦因数对连接螺栓疲劳损伤最大值影响较大,对连接螺栓的最大应力、轴承套圈的最大应力和疲劳损伤最大值影响较小。     

复合材料螺接力学行为精细化有限元分析方法

针对航空用纤维增强树脂基复合材料螺栓连接的力学行为研究难题,采用有限元软件二次开发的方法,提出了涵盖层合板高效建模、扭矩与预紧力关系、钉孔配合间隙与滑移过渡段、渐进损伤判断与性能退化等方面的精细化有限元分析模型。提出了基于应变等效原理的紧固件预紧力-扭矩试验测试方法,降低了紧固件预紧力-扭矩转换精度对数值模拟精度的影响。提出了基于修改螺栓头与层合板接触平面摩擦因数的方法以实现对含钉孔配合间隙的复合材料螺接接头的力-位移响应在滑移过渡段的较好模拟。复合材料单搭接螺接接头单剪试验和有限元预测的力-位移曲线对比结果显示极限载荷最大预测误差为17.2%,证明了所提方法能有效地预测复合材料单钉/多钉螺接结构的力学性能演变规律,且所提方法提高了预测结果与试验结果的匹配度,提升了有限元分析的效率,为航空先进复合材料连接结构的力学行为分析奠定了建模技术基础。     

摩擦离合器螺栓联接预紧力对疲劳寿命的影响

以气动摩擦离合器与变速箱联接螺栓为研究对象,通过预紧力的计算以及对螺栓疲劳寿命影响分析,给出了合理的预紧力矩范围。采用了有限元软件ANSYS对在预紧力与外载荷同时作用下的螺栓进行仿真计算,表明螺栓最大应力位置与实际失效情况相符,从而为有限元分析中施加预紧力载荷判断螺栓失效提供了可靠的理论依据和应用价值。     

基于周期对称模型的MW级风电机组变桨轴承连接螺栓强度计算

针对MW级风机变桨轴承连接螺栓的强度分析问题,采用周期性建模的方式建立了螺栓的有限元分析模型,并基于GL规范计算了螺栓的极限强度及疲劳强度。首先在最大预紧力工况下基于最大极限载荷计算得到了螺栓的最小极限安全系数。然后通过比较3个叶片的极限疲劳载荷得到了最大的极限疲劳载荷,在最小预紧力工况下基于该载荷得到了螺栓的载荷-应力非线性曲线,构建了新的载荷谱并根据载荷-应力曲线将该载荷谱转化为应力谱,利用雨流统计和Palmgren-Miner准则得到了螺栓的最小疲劳安全系数。计算结果表明,变桨轴承与轮毂连接螺栓和变桨轴承与叶片连接螺栓的极限、疲劳强度满足设计要求;该方法减少了有限元的计算量,为螺栓的强度分析提供了新的思路。     

叠片联轴器在不同载荷形式作用下的非线性特性研究

为了研究螺栓法兰连接式叠片联轴器在拉伸、弯曲和扭转3种不同载荷形式作用下的非线性变形行为,建立了联轴器局部有限元模型,分析了螺栓预紧力、界面摩擦因数对叠片变形和螺栓法兰连接刚度的影响,讨论了径向、周向滑移量和联轴器非线性变形之间的关系。结果表明,减小预紧力和摩擦因数可以有效降低联轴器的横向和扭转刚度,但对弯曲刚度影响有限;摩擦因数和螺栓预紧力对扭转刚度具有相似的影响机理。研究成果可为叠片式联轴器的设计提供有益的参考。     

钉/孔摩擦对复合材料机械连接强度的影响研究

建立了复合材料层合板单钉连接强度分析的三维模型,模型考虑了螺栓-孔接触面的摩擦效应。研究结果表明,在各个铺层中,随着摩擦系数的增大,周向应力和径向应力减小。螺栓-孔接触面摩擦系数对复合材料的拉压强度和剪切强度有较大影响,在一定范围内增加摩擦系数将会提高接头的极限破坏载荷。     

垂直度误差影响复合材料层合板层间应力分析

采用有限元仿真的方法分析了连接孔垂直度误差对连接区层间应力的影响规律,基于层间失效准则对垂直度误差影响接力学性能进行了预测并试验验证。结果表明:垂直度误差影响螺栓与连接件之间的接触关系,造成连接区应力分布不均匀;螺栓在带有垂直度误差的连接孔中预紧时会发生位姿调整,其中以螺栓杆挤压孔壁为主;层间剪应力随垂直度误差的增加而增大,是造成分层失效的主要原因;适当提高螺栓预紧力有利于缓解垂直度误差带来的不良影响。     

复合材料工字梁铺层结构设计及强度研究

根据复合材料层合工字梁的结构特点,基于经典层合板理论和最大应力强度准则,用MATLAB软件编程设计了复合材料工字梁缘条和腹板的铺层结构。建立了基于工艺的3种工字梁铺层结构有限元模型,分析了静载荷作用下3种铺层结构的应力状态。给出了典型铺层的应力云图。计算了复合材料层合结构材料主方向应力,使用最大应力强度准则,给出了线性状态下3种不同铺层结构工字梁的极限载荷。有限元分析结果与经典层合板理论计算结果进行了对比。分析表明:1)工字梁铺层采用内C形连接和L形连接时极限载荷高于理论设计载荷,外C形连接的极限载荷低于理论值,3种铺层方式极限载荷误差都在9%以内,与理论值基本吻合;2)有限元分析结果显示初始损伤均发生在工字梁下缘条45°铺层中,损伤模式为基体断裂;3)工字梁结构极限载荷主要取决于基体强度;4)工字梁发生破坏的截面位于其固支端;5)所建立的基于经典层合板理论的工字梁设计方法和工字梁有限元分析模型是正确可靠的。     

不同螺栓预紧力下数控转台台面振动分析

建立某型号数控转台与主机及其螺栓连接模型,利用ABAQUS软件,分析了模型在不同预紧力作用下的螺栓连接应力分布情况。探究了台面承受动态切削载荷时,数控转台在不同螺栓预紧力下的动态响应,得到数控转台台面的位移响应曲线。数控转台与主机间的螺栓连接在受到外界动载荷作用时,由于预紧力的不同会导致转台与主机连接状态发生变化,影响其连接刚度,使转台整体刚度改变。适当增加预紧力能使转台台面的振动幅值减小,从而提高机床的加工精度。     

考虑碰撞挤压的螺栓接头迟滞回线建模

在振动、冲击载荷作用下,螺栓连接结构呈现出明显的非线性迟滞现象,影响结构的整体性能。传统的动力学研究仅考虑连接界面的微观/宏观滑移,很少研究螺栓杆与孔壁之间由于界面滑移产生的接触力。基于BRAKE的RIPP模型,提出一种考虑能量损耗的“钉扎接触力”模型,以实现对切向力3个阶段的整体迟滞回线建模;基于该模型,分析预紧力以及摩擦因数对迟滞回线的影响。提出的模型与现有的研究结果吻合性良好,验证了整体迟滞模型的有效性。研究表明：摩擦因数和预紧力的增加会扩大迟滞回线所包围的面积,进而导致单个周期内切向滑移所造成的能量损耗逐渐增加;相比于摩擦因数,预紧力对微滑移阶段的迟滞特性影响更为明显。提出的模型可以反映出“钉扎”接触过程对迟滞特性的影响,有助于更好地揭示螺栓连接在冲击载荷下的响应特征及其非线性行为,为后续螺栓连接结构动力学建模提供帮助。     

复合材料螺栓连接的强度预测与失效分析研究

采用APDL二次开发语言,建立了多层复合材料层合板螺栓连接的三维有限元模型,应用牛顿-拉普森非线性迭代算法,对多层复合材料层合板的螺栓连接模型的失效分析进行了研究,并对其最终失效进行了预测。分析计算得出层合板的铺层顺序不同,几何尺寸不同,螺栓连接结构的失效形式就不相同。在一定的程度上,采用合理的铺层顺序,可以优化载荷分配,提高连接效率。     

板间摩擦对飞机典型连接件细节应力的影响

基于Ansys软件,提出了一种适用于高锁螺栓过盈配合连接件的螺栓预紧力准确模拟施加方法。考虑螺栓过盈配合、螺栓预紧力等特征,对飞机典型连接件的三维有限元弹塑性模型进行了建立。计算了不同板间摩擦下连接件危险部位的最大等效应力,并通过分析连接件上2个点应变值的变化规律,得出最大等效应力变化的原因。结果表明,最大等效应力随板间摩擦因数的增加,呈现先减小再增大的趋势,且为连接件板间的摩擦力传载和连接件上下板两自由端外翘综合作用的结果。该分析计算结果可为此类连接件的有限元分析和耐久性设计提供参考。     

包带式解锁支座的设计与试验

为了满足空间载荷在发射阶段的复杂动力学特性要求,并满足入轨之后的解锁分离,设计了一种爆炸螺栓驱动的包带式解锁支座,并对其进行了受力分析和爆炸螺栓拧紧力矩加载分析。建立了包带与支座的接触有限元模型,进行了预紧力加载分析和轴向拉伸载荷分析。由分析结果可知,包带上的应力分布沿着远离夹紧区域的方向逐渐减小,同时啮合区域的摩擦因数越大,包带的最大应力越小。分析了两种故障模式及其处理措施。振动试验表明：3个方向的均方根加速度放大倍率都很小,其一阶模态全部大于200Hz,满足刚度和承载能力要求;同时该装置解锁可靠性高,具有良好的冲击响应衰减特性。     

高温下螺栓-法兰-垫片系统密封性能研究

温度和内压载荷对螺栓法兰连接的密封性能有着显著的影响。采用有限元技术,对DN100mm,PN40 MPa的管法兰连接进行了热及结构分析,探讨了高温稳态工况下法兰、垫片和螺栓的温度分布,分析了预紧、加压和升温后的螺栓以及垫片的应力变化。结果表明,法兰、螺栓以及垫片沿径向存在温度梯度;内压作用后垫片应力明显降低;升温后垫片外侧应力减小,内侧应力增大;加压及升温后螺栓应力均增大。     

影响螺栓预紧力因素的工艺研究

为增强螺纹连接的防松能力以及防止横向载荷螺栓连接的滑动,介绍了4种螺纹拧紧力矩的选择标准依据,通过实例计算对比提出了螺纹预紧力矩的选择方法,提出了螺纹拧紧理想预紧力的关键在于选择符合实际的摩擦因数和降低摩擦因数的离散度。利用各种标准依据螺纹预紧力数学模型,对比了4种标准依据的选择特点,验证了实际工作中对于螺纹连接质量反映为拧紧力矩与轴向预紧力的关系。为以后螺栓拧紧力矩的选择提供了理论依据。     

基于紧密度要求的非金属垫片应力场数值模拟

针对密封垫片的实际工作情况,将螺栓-法兰-垫片连接系统看成一个整体进行分析研究,并考虑系统中各元件之间的相互作用。以ASME B16.5标准中的NPS4 Class150法兰为例,建立螺栓-法兰-垫片连接系统的参数化三维有限元模型,模拟垫片材料的非线性行为。采用预紧单元模拟螺栓的预紧作用,研究了在不同预紧力和内压载荷的作用下,垫片应力的变化规律。研究结果表明:垫片应力的大小随着螺栓预紧力的增加而增大;随着内压载荷的升高,垫片的应力沿径向和周向分布更加不均匀。研究结果为螺栓-法兰-垫片连接系统的密封性能分析以及有限元法在该领域的应用提供了依据。