优化套管螺纹载荷分布特性的方法

根据套管螺纹的结构和受力特点 ,建立了套管接头在轴向拉力作用下的计算模型 ,分析了载荷在各牙螺纹上的分布特点。在此基础上 ,提出了优化套管螺纹载荷分布特性、减小应力集中的具体方法 ,并依据实用性 ,从螺纹的加工方便考虑 ,提出了外螺纹全部和内螺纹大部分保持螺距不变 ,仅对内螺纹两端 2～ 4牙螺纹变化螺距的近似优化方案。通过有限元方法模拟了优化方法的效果 ,验证了这种方法的可行性。研究结果对改进套管螺纹设计 ,提高套管螺纹的连接质量具有参考价值     

基于有限元方法的传动螺纹螺牙轴向载荷分布规律分析

采用有限元方法,通过改变螺旋副的受力方式、螺母结构、螺杆螺母弹性模量比及螺纹设计参数建模不同的螺旋副,求得不同模型下螺牙轴向载荷对螺旋副总轴向载荷的百分比.在大量模型分析及对计算结果后处理工作的基础上,总结了螺母结构及螺纹设计参数对传动螺纹螺牙轴向载荷分布的影响规律,为螺旋副的结构优化和摩擦学优化设计提供依据.     

顶驱中心管螺纹力学行为模拟及优化研究

针对顶驱中心管螺纹粘扣、断裂等问题，基于弹塑性理论、von Mises屈服准则以及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了扭矩作用下的二维、三维有限元模型，并通过实验结果与数值模拟结果验证有限元分析的可靠性，对比二维、三维的分析结果验证二维轴对称模型方法的可靠性，获得了中心管螺纹接头的应力分布规律和力学特性，指出紧扣扭矩对螺纹连接强度影响极大。在此基础上，结合现场失效的螺纹接头，对螺纹锥度、螺距以及有效螺纹牙长度3个参量进行敏感性分析，综合考虑连接强度以及生产成本推荐了参量最优值。     

基于有限元的弹性接触问题的探讨

探讨了组合结构法在弹性接触问题中的应用,并以螺栓联接为例,建立了用弹性力学有限元的组合结构法解决繁杂弹性接触问题的力学模型。该模型综合考虑了设计精度、制造误差、装配情况及载荷工况等因素对螺栓受力的影响,能够精确给出螺纹载荷和根部应力分布规律以及螺栓联接的变形情况。     

圆螺纹套管接头应力分布规律研究

根据弹塑性力学理论建立圆螺纹套管接头的计算模型，利用有限元分析和全尺寸实验相结合的方法，详细分析套管接头在使用工况(包括上扣、上扣后加拉伸载荷、上扣后加内压载荷等)下的应力分布规律，指出载荷在各个螺纹牙上分布的不均匀性是制约套管接头性能的主要原因，提出改进接头应力状态、减少应力集中的主要措施。研究结果提高了对套管接头应力水平的认识，对改进套管连接螺纹设计，提高套管接头的连接质量具有一定的参考价值。     

基于应力转换的内螺纹高周疲劳强度分析方法

螺纹具有特征尺寸小、结构复杂的特点,其非线性接触的有限元分析具有很高的难度,因此机械零件强度仿真分析时螺纹通常被忽略,只根据经验对螺纹作保守设计。事实上承受循环重载的零件极容易从螺纹部位发生疲劳断裂,在设计阶段有必要进行疲劳强度校核。针对此问题,提出了一种基于应力转换的内螺纹高周疲劳强度分析方法。此方法把螺纹根部应力分解为近源应力和远源应力两部分,通过无螺纹简化模型仿真获得螺纹接触压力和摩擦力之后转换为近源应力和远源应力并叠加得到螺纹根部最大应力,最后考虑应力梯度、存活率和表面粗糙度等因素的影响系数,借助Haigh图计算各扣内螺纹的疲劳安全系数。把这种方法与带螺纹的细节模型有限元仿真和疲劳强度分析结果进行对比,所提方法的安全系数结果与细节模型的相应结果相差–7.6%;把这种方法应用于某型号缸体主轴承壁,其分析结果与疲劳试验结果相差–8.2%,证明了它的可行性。     

双台阶钻柱螺纹联接弹塑性接触特性数值仿真

建立了双台阶钻柱螺纹接头有限元模型，采用弹塑性接触有限元混合法开发了钻柱螺纹接触特性分析程序，并对双台阶钻柱联接螺纹进行了应力应变分析，求得联接状态下由预紧力以及轴向力、内外压力、弯矩和扭矩所引起的螺纹联接部位的位移场和应力场，为评价其承载性能及密封性能提供了一种数值方法。     

Loosening Evaluation of Bolted Joints Modified by Fine Particle Bombardment under Transverse Cyclic Loading

ABSTRACT

The objective of this article is to evaluate the loosening behavior of bolted joints modified by fine particle bombardment (FPB) under transverse cyclic loading. FPB treatment was conducted to thread surfaces of both the bolt and the nut. Self-loosening experiments were then performed on the bolted joint with high, medium, and low preload using a fatigue testing machine. The test results show that fretting wear occurs at the thread surface under transverse cyclic loading, which leads to gradual self-loosening of bolted joints without the rotation of the nut. FPB treatment alleviates thread wear by increasing the surface hardness and reducing the friction coefficient between threads, thereby improving the anti-loosening ability of bolted joints. After FPB treatment, the bolted joints with a lower preload exhibited a greater relative improvement in anti-loosening ability than those at a higher preload.     

基于三维精确建模法的螺栓有限元分析

针对螺栓有限元分析建模困难和不完整螺纹造成计算精度不高的问题,分别采用三维螺旋模型和三维轴对称简化模型进行有限元计算,分别比较分析了对应各圈螺纹沿外轮廓方向的应力分布和螺纹牙根部最大等效应力。结果表明,两种模型均可较精确地计算出螺栓螺纹上各节点的应力,但三维螺旋模型法建模较困难、计算成本较高,三维轴对称简化模型法的计算结果能较好地反映螺栓的轴向力学特性,研究结果为改进螺栓连接受力状况和结构优化设计提供了理论依据。     

航空结构宽板铆接搭接件承载性能数值研究

为研究飞机蒙皮铆接搭接结构的力学特性,基于ANSYS软件建立宽板三排铆钉搭接件的三维有限元分析模型。考虑物面间的非线性接触、铆钉与板孔间的干涉配合、铆钉预紧力的影响,应用非线性有限元法对宽板铆接搭接件在恒定远端拉伸载荷作用下的承载性能进行计算。通过读取沿预设路径的位移分布数据,获得宽板搭接件产生的次弯曲和第三弯曲的变形趋势。从搭接板等效应力云图可以看出,靠近宽搭接板侧缘的沉头铆钉孔周围应力集中比较严重。计算每个铆钉的钉传载荷,获得宽板搭接件铆钉承载的分布规律。在调整铆钉预紧力和钉孔干涉配合量的情况下,给出三排铆钉载荷传递比的变化情况。针对宽板铆接搭接件的力学特性计算分析,可以为后续的搭接件结构多处损伤裂纹扩展和疲劳寿命研究奠定基础。     

钻杆螺纹的结构优化与有限元模拟

钻杆螺纹破坏的主要原因是钻杆所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。为缓解内螺纹小端应力集中,在钻杆（如普通钻杆、方钻杆等）上设计和使用了应力减轻槽结构,这些钻杆在使用过程中取得了良好的效果。基于螺纹牙的强度计算公式,用ANSYS软件建立了钻杆螺纹连接有限元分析模型,对有应力减轻槽的钻杆螺纹接触处进行应力分析,并和普通螺纹进行了对比,结果表明加应力减轻槽的钻杆螺纹所受应力大大减小,有益于延长钻杆的使用寿命。     

三万吨模锻水压机立柱螺纹联结的优化设计

基于弹性接触问题理论，对三万吨水压机的立柱螺纹联结部分进行了有限元分析计算，得出了载荷沿轴向在各螺牙上的分布规律，并用内点惩罚函数法（SUMT），对螺纹参数进了优化设计。经过优化，既降低了最大螺牙载荷，又提高了螺牙载荷分布的均匀性，从而可以延长立柱螺纹联结的工作寿命，提高其工作效率。所给程序亦可用于其它大型螺纹联结的优化设计。     

基于有限单元法的渐开线斜齿轮静力学特性分析

基于ANSYS建立渐开线斜齿轮有限元模型,确定斜齿轮静力学有限元分析的边界条件,讨论了主动轮在不同周向力矩作用下主动轮和从动轮的静力学特性。结果表明运用有限单元法可以准确地分析斜齿轮的静力学特性,对准确地掌握齿轮应力的分布特点和变化规律具有重要的意义。     

切向加载下螺栓连接复合板的失效分析*

极限载荷和孔周应力是导致螺栓连接复合板失效的主要因素。基于Hashin失效准则和有限元模型建立螺栓连接复合板的渐进损伤有限元模型,通过位移载荷响应讨论预紧力、界面摩擦因数和孔隙变化对极限载荷的影响,分析不同铺层角下孔周应力分布规律。结果表明：随预紧力增大,螺栓连接复合板极限载荷先增大后减小,随摩擦因数增大,螺栓连接复合板极限载荷逐渐增大;不同孔隙下准线性阶段位移载荷响应基本一致,孔隙对极限载荷的影响主要体现在滑移阶段及剪切变形阶段;孔隙增大会减小螺栓与螺孔间的有效接触面积,影响螺栓连接的压力分布和强度;纤维铺层方向与应力分量同向时可有效减少外载荷导致的该方向应力分量的变化,且主应力分量皆在承压区域达到其最小值;应力分量方向与纤维铺层方向相同且该方向无外载荷作用时,应力分量随着角度从承压区到非承压区递增变化。     

注塑机拉杆传动端梯形螺纹的应力分析与优化

针对注塑机拉杆在使用过程中易在其传动端梯形螺纹处早期断裂的问题,就梯形螺纹的特点,采用ANSYS软件内嵌的APDL语言建立拉杆传动端梯形螺纹的二维几何模型、有限元模型与优化模型.在对比分析弹性材料与弹塑性材料梯形螺纹受力特点的基础上,运用弹性材料的分析模型对梯形螺纹参数进行优化.对比优化前后拉杆梯形螺纹的弹性与弹塑性应力分析表明,拉杆梯形螺纹的承载能力得到大幅提高,并可确定拉杆梯形螺纹在与螺母配合处之外的合理牙型数.     

机械螺栓法兰连接的有限元力学模型比较研究

机械螺栓-法兰连接结构中存在着复杂的接触、摩擦和预紧等非线性因素.螺栓-法兰连接结构的有限元力学模型应当充分包含这些因素.首先介绍了连接结构接触分析的有限元法理论,然后比较研究了二维轴对称力学模型和三维实体模型在螺栓一法兰连接结构建模中的差剐,之后研究了温度载荷法、过盈配合法和等效外载法等三种不同的螺栓预紧力建模方法.计算结果表明:二维模型在处理螺栓-_法兰连接结构上计算耗费小,但计算精度较三维模型差别较大,结果粗糙;三种预紧力模拟方法都能模拟螺栓预紧载荷,但在适用范围、等效方法和计算精度等方面有区别.     

弹塑性变形对螺栓应力和轴力分布的影响

为了解决液压机用锯齿形螺纹在啮合螺纹段第一扣牙根处的疲劳断裂问题,采用非线性有限元数值模拟方法,以ANSYS软件为工具,考虑螺栓和螺母材料的弹塑性,研究了不同轴力作用下啮合螺纹段的应力和变形规律.给出不同轴力下螺栓啮合螺纹段中轴力和牙根峰值等效应力沿螺母高度的非线性分布规律,得出螺母螺纹约70%塑性变形可使螺栓牙根峰值等效应力和牙间轴力趋于均匀分布的结论,为大型螺栓连接结构的弹塑性设计提供了有益指导.     

螺栓螺纹三维接触有限元分析

在对螺栓螺纹的分析中,一般采用的方法是将螺栓简化为轴对称,建立轴对称有限元模型进行分析,即使是建立三维模型也是忽略了螺纹部分对整个有限元模型分析的影响。在一些特殊的分析情况下,这样会大大降低分析的精度。比如,在对螺栓螺纹防松机理方面的研究中,就必须考虑螺纹部分及其接触对整个分析过程的影响,而采用单一的有限元软件又很难完成。正是基于这一原因,根据UG、HyperMesh和ANSYS软件的特点,综合运用其长处可以完成螺栓螺纹从几何建模、网格划分、分析计算到结果处理的整个过程.实例表明,综合运用各种软件,有利于发挥每种软件的优点,大大提高有限元分析的效率。     

小井眼开窗侧钻用高抗弯钻具接头性能分析与结构参数优化

随着小井眼开窗侧钻技术的广泛应用,由井下弯曲段引起的钻具接头失效问题日益突出。为解决因弯曲载荷造成钻具接头变形失效的问题,根据弹塑性力学理论及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了钻具接头螺纹连接的三维有限元模型,研究了弯曲载荷作用下钻具接头连接强度和密封性能,并通过胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上利用正交优化方法,对其关键结构参数进行优化,获得了钻具接头较优参数组合,对比计算了API钻具接头与高抗弯钻具接头力学性能。结果表明,优化后的连接螺纹在抗拉/压、扭矩及弯曲方面性能均优于API螺纹,能更好地满足小井眼开窗侧钻的钻井要求。     

传动螺旋螺牙轴向力分布的弹簧组模型

运用离散化的方法,将传动螺旋螺牙轴向受力特性建模成弹簧组系统,建立了螺牙轴向载荷分布的数学模型及求解方法.通过模型简化确立了等截面圆螺母螺牙轴向载荷分布估算公式,可以快速有效地求解各圈螺牙轴向载荷,模型求解结果与有限元法求解结果具有良好的一致性,单个螺牙轴向载荷分布百分比误差低至2%.