螺栓疲劳强度计算分析

l螺栓疲劳强度计算分析摘要：在应力理论、疲劳强度、螺栓设计计算的理论基础之上，以疲劳强度计算所采取的三种方法为依据，以汽缸盖紧螺栓连接为研究对象，进行本课题的研究。假设汽缸的工作压力为0~1N/mm2=之间变化，气缸直径D2=400mm，螺栓材料为5.6级的35钢，螺栓个数为14，在F〞=1.5F，工作温度低于15℃这一具体实例进行计算分析。利用ProE建立螺栓连接的三维模型及螺杆、螺帽、汽缸上端盖、下端盖的模型。先以理论知识进行计算、分析，然后在分析过程中借助于ANSYS有限元分析软件对此螺栓连接进行受力分析，以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的发展，有限元方法的理论更加完善，应用也更广泛，已经成为设计，分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算基础上，对于螺栓连接这一类型的连接的疲劳强度设计所采取的一般公式进行分类，进一步在此之上总结。关键词：螺栓疲劳强度，计算分析，强度理论，ANSYS有限元分析。lBoltfatiguestrengthanalysisAbstract:Instressfatiguestrengththeory，bolt，designcalculationtheoryfoundationtofatiguestrengthcalculationforthethreemethodsadoptedaccordingtothecylinderlid，fastenboltconnectionastheobjectofresearch，thistopicresearch.Assumingthecylinderpressureofworkis0~1N/mm2changes，cylinderdiametersbetween==400mm，boltingmaterialsD2forms5.635steel，boltnumberfor14，inF=1.5Fbelow15℃，thetemperaturecalculationandanalysisofconcreteexamples.UsingProEestablishboltconnectionthree-dimensionalmodelsandscrew，nut，cylinderundercover，covermodel.Startswiththeoreticalknowledgecalculate，analysis，andthenduringanalysis，ANSYSfiniteelementanalysissoftwarebythispaperanalyzesforcesboltconnection，toverifytherationalityofthedesignofandreliability.Afternearlydecadesofdevelopment，thetheoryoffiniteelementmethodismoreperfect，moreextensiveapplication，hasbecomeanindispensabledesign，analysistheemollienttool.Theninitsanalysisandcalculationforboltconnection，basedonthetypeofconnectiontothefatiguestrengthdesignofthegeneralformulaclassification，furtherontopofthissummary.Keywords:boltfatiguestrength，calculationandanalysis，strengththeory，ANSYSfiniteelementsanalysis.l目录1绪论.............................................................51．1绪论.......................................................51.2疲劳强度的概念及常见的疲劳损伤类型.........................51.3影响疲劳强度的因素..........................................51.4前景展望....................................................61.5研究的目的意义..............................................62相关背景知识.....................................................72.1背景知识....................................................72.1.1强度理论及疲劳强度的计算主要有三种方法：..............72.4螺栓连接的结构设计的原则...................................133Pro/E三维造型..................................................143.1ProE简介..................................................143.2螺栓连接零件图.............................................144实例分析........................................................184.1理论分析...................................................184.1.1计算各力的大小.......................................184.2理论分析总结...............................................205ANSYS有限元分析................................................215.1ANSYS有限元分析............................................215.1.1分析软件及工作原理介绍...............................215.1.2ANSYS分析求解步骤...................................225.2ANSYS分析.................................................225.3ANSYS分析总结..............................................26总结............................................................27[参考文献]........................................................28致谢............................................................30l1绪论本章主要介绍疲劳强度的基本概念及疲劳损伤的类型，影响疲劳强度的因素，以及作此设计的前景、目的和意义。1.1绪论本次毕业论文研究的主要问题是—在强度理论基础之上就螺栓的疲劳强度计算及分析进行研究。为了便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高其劳动生产率等，广泛地应用各种连接。螺栓连接、键连接、销连接、铆连接、焊接、胶接、过盈连接，其中螺栓连接因为其经济性，方便性，可靠性，最常用，用的最广，因而研究其在不同工作情况下的疲劳强度对于提高连接的可靠性，安全性，机械整体的性能，整个机械行业乃至整个国民经济的增长具有重要的意义。本论文侧重研究其在交变应力情况下的强度计算机分析。在冶金，矿山，工程，运输等机械设备中，承受变载荷的螺栓连接广泛地应用着，因而研究螺栓连接疲劳强度计算分析是十分必要和有实用价值的。本论文有两方面的任务一是疲劳强度的计，二是对影响疲劳强度的因素进行分析，就螺栓的疲劳强度计算展开，以汽缸螺栓连接实例把理论分析和有限元分析相结合，然后就此得出螺栓连接疲劳计算分析的一般规律。1.2疲劳强度的概念及常见的疲劳损伤类型如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。1.3影响疲劳强度的因素金属疲劳在交变应力作用下，金属材料发生的破坏现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小l循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。1.4前景展望伴随着计算机技术的发展和各种分析软件的成熟，ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARK、ALGOR以及ADINA等为代表的一系列分析软件的不断完善，运动仿真技术的发展使其理论分析有了更加坚实可靠的手段和依据，使得其更加接近真实情况，各种仿真软件和分析系统的日趋完善使得对螺栓疲劳强度的分析计算更加科学，可信。1.5研究的目的意义螺栓连接的在各种设备及机械中广泛应用，连接的可靠性，安全性事关生命及整个国民经济的发展，可靠，严密的而强度理论研究是生产高强度，高质量的零部件的前提，可靠的连接是机械设备及其零部件正常，安全，高效工作的必然要求，所以进行螺栓疲劳强度的设计计算分析是发展生产的必然要求具有重大的理论和现实意义。l2相关背景知识本章主要讲解进行螺栓疲劳强度计算分析所需要的理论基础，包括强度理论及疲劳强度计算的三种公式；螺栓连接的设计计算公式；螺栓连接的设计原则；强度计算公式选择的原则。2.1背景知识2.1.1强度理论及疲劳强度的计算主要有三种方法：①若γ=常数，则也有α=1-γ/1+γ=常数，即α=常数，在图2.1中设M点为一工作点，这样过原点的射线OM就代表简单就代表简单加载情况。M点（假设在AB线上，一下均同假设）为工作应力点M按γ=C变化得到极限应力点。联解OM，AB两条直可得AM'BCσσ'Mασa图2.1γ=常数时的极限应力´´1´´amaamm2-1则可求出点M′点坐标对于点M点的应力极限为11max´´´max()makmmaamam2-2则根据最大应力求得的最大应力安全系数计算值及强度条件为l][1maxmaxnmakan2-3②按应力幅计算；σmin=C若man=C则有σmin=ma=C，故在图2中，过工作点M作与横坐标夹角为45°的直线MM′，则这条直线上任一点的应力最小值相同，即复合σmin=ma=C的加载条件。M′所代表的应力就是此情况下计算时应采用的疲劳极限应力。AM'BCσmσ'σminM45°O图2-2σmin=C时的极限应力联解直线MM′，AB方程1amamam´´´´2-4代入minmaC，