螺栓疲勞強(qiáng)度計算分析報告

螺栓疲乏強(qiáng)度計算分析摘要：在應(yīng)力理論、疲乏強(qiáng)度、螺栓設(shè)計計算的理論根底之上，以疲乏強(qiáng)度計算所實行缸的工作壓力為0~1N/mm2=之間變化，氣缸直徑D2=400mm，螺栓材料為5.63514，F(xiàn)〞=1.5F，15℃這一具體實例進(jìn)展計算分析。利用ProE的模型。先以理論學(xué)問進(jìn)展計算、分析，然后在分析過程中借助于ANSYS計所實行的一般公式進(jìn)展分類，進(jìn)一步在此之上總結(jié)。關(guān)鍵詞：螺栓疲乏強(qiáng)度，計算分析，強(qiáng)度理論，ANSYS有限元分析。BoltfatiguestrengthanalysisAbstract:Instressfatiguestrengththeory，bolt，designcalculationtheoryfoundationtofatiguestrengthcalculationforthethreemethodsadoptedaccordingtothecylinderlid，fastenboltconnectionastheobjectofresearch.Assumingthecylinderpressureofworkis0~1N/mm2changes，cylinderdiametersbetween==400mm，boltingmaterialsD2forms5.635steel，boltnumberfor14，inF“=1.5Fbelow℃，thetemperaturecalculationandanalysisofconcreteexamples.UsingProEestablishboltconnectionthree-dimensionalmodelsandscrew，nut，cylinderundercover，covermodel.Startswiththeoreticalknowledgecalculate，analysis，andthenduringanalysis，ANSYSfiniteelementanalysissoftwarebythispaperanalyzesforcesboltconnection，toverifytherationalityofthedesignofandreliability.Afternearlydecadesofdevelopment，thetheoryoffiniteelementmethodismoreperfect，moreextensiveapplication，hasbecomeanindispensabledesign，analysistheemollienttool.Theninitsanalysisandcalculationforboltconnection，basedonthetypeofconnectiontothefatiguestrengthdesignofthegeneralformulaclassification，furtherontopofthissummary.Keywords:boltfatiguestrength，calculationandanalysis，strengththeory，ANSYSfiniteelementsanalysis.目 錄\l“_TOC_250022“1緒論 5\l“_TOC_250021“緒論 5\l“_TOC_250020“疲乏強(qiáng)度的概念及常見的疲乏損傷類型 5\l“_TOC_250019“影響疲乏強(qiáng)度的因素 6\l“_TOC_250018“前景展望 6\l“_TOC_250017“爭論的目的意義 6\l“_TOC_250016“2相關(guān)背景學(xué)問 7\l“_TOC_250015“背景學(xué)問 7\l“_TOC_250014“強(qiáng)度理論及疲乏強(qiáng)度的計算主要有三種方法： 7\l“_TOC_250013“2.4螺栓連接的構(gòu)造設(shè)計的原則 13\l“_TOC_250012“Pro/E三維造型 14\l“_TOC_250011“ProE簡介 14\l“_TOC_250010“螺栓連接零件圖 14\l“_TOC_250009“4實例分析 18\l“_TOC_250008“理論分析 18\l“_TOC_250007“計算各力的大小 18\l“_TOC_250006“理論分析總結(jié) 20\l“_TOC_250005“ANSYS有限元分析 21ANSYS有限元分析 21\l“_TOC_250004“分析軟件及工作原理介紹 21ANSYS分析求解步驟 23\l“_TOC_250003“ANSYS分析 23\l“_TOC_250002“ANSYS分析總結(jié) 27\l“_TOC_250001“總 結(jié) 28[參考文獻(xiàn)] 29\l“_TOC_250000“致 311及作此設(shè)計的前景、目的和意義。緒論本次畢業(yè)論文爭論的主要問題是—在強(qiáng)度理論根底之上就螺栓的疲乏強(qiáng)度計算其中螺栓連接由于其經(jīng)濟(jì)性，便利性，牢靠性，最常用，用的最廣，因而爭論其在不下的強(qiáng)度計算機(jī)分析。在冶金，礦山，工程，運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備中，承受變載荷的螺栓連接廣泛地應(yīng)用著，因而爭論螺栓連接疲乏強(qiáng)度計算分析是格外必要和有有用價值就螺栓的疲乏強(qiáng)度計算開放，以汽缸螺栓連接實例把理論分析和有限元分析相結(jié)合，然后就此得出螺栓連接疲乏計算分析的一般規(guī)律。疲乏強(qiáng)度的概念及常見的疲乏損傷類型變化，這種隨時間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力〔也稱循環(huán)應(yīng)力。在交變應(yīng)力裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲乏疲乏強(qiáng)度是指金屬材料在無限屢次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲乏強(qiáng)度或疲乏極限。疲乏破壞是機(jī)械零件失效的主要緣由之一。據(jù)統(tǒng)計，在機(jī)械零件失效約有80%好的材料來制造。影響疲乏強(qiáng)度的因素等特點(diǎn)，故疲乏破壞常不易被準(zhǔn)時覺察且易于造成事故。應(yīng)力幅值、平均應(yīng)力大小循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲乏的三個主要因素。前景展望伴隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展和各種分析軟件的成熟， ANSYS、ABAQUS、ALGOR以及ADINA等為代表的一系列分析軟件的不斷完善，運(yùn)動仿真技術(shù)的進(jìn)展使其理論分析有了更加堅實牢靠的手段和依據(jù)使得其更加接近真實狀況各種仿真軟件和分析系統(tǒng)的日趨完善使得對螺栓疲乏強(qiáng)度的分析計算更加科學(xué)，可信。爭論的目的意義2本章主要講解進(jìn)展螺栓疲乏強(qiáng)度計算分析所需要的理論根底，包括強(qiáng)度理論及算公式選擇的原則。背景學(xué)問強(qiáng)度理論及疲乏強(qiáng)度的計算主要有三種方法：γ=常數(shù)，則也有α=1-γ/1+γ=常數(shù)，即α2.1MOMM〔假設(shè)AB〕Mγ=COM，ABσσaAM”BMασ”Cσ圖2.1γ=常數(shù)時的極限應(yīng)力1′′ ′

a ma′ a m m

2-1M′M ′

′

′

1

a

)

mamaammkm maxamm

m a

2-2則依據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)計算值及強(qiáng)度條件為n

ax

1

[n]

2-3σmin=C

a max kam假設(shè)man=C則有σmin=ma=C，故在圖2中，過工作點(diǎn)M作與橫坐標(biāo)夾角為45°的直線MM′，則這條直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力最小值一樣，即復(fù)合σmin=ma=C的加載條件。M′所代表的應(yīng)力就是此狀況下計算時應(yīng)承受的疲勞極限應(yīng)力。σ”σ”AM”BM45°OσCminσm圖2-2σmin=CMM′，ABa ′a′a

2-41a′′ m代入minmaCM′的坐標(biāo)〔σ′m，σ′a〕則依據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)計算值及強(qiáng)度條件為ma′ ′′ mana maxmax

am

)(2a

≥[n]min)

2-5③按應(yīng)力的循環(huán)特性保持不變〔即γ=C〕的應(yīng)力變化規(guī)律計算即σm=C3中，過工作點(diǎn)M，作縱軸的平行線MM′，則此直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力，其平均應(yīng)力一樣，即符合σm=σ的加載條件。M′點(diǎn)所代表的應(yīng)力就是此狀況下計算時所實行的疲乏強(qiáng)度極限應(yīng)力。σσaAM”BMOCσm圖2-3σm=CMM′，AB

′mC

2-6m1′′ma mM′點(diǎn)的坐標(biāo)〔σ′m，σ′a〕依據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)及強(qiáng)度條件為ma′ ′′ man maxmax

am

)(2a

≥[n]min)

2-7γ=C的公式。螺栓連接承受單向穩(wěn)定變載荷時的疲乏強(qiáng)度計算。F0~FF~F0~F但由于預(yù)緊力F的存在，螺栓所受的總拉伸載荷則是在F~F。之間變化的波動拉伸載荷，假設(shè)不考慮螺栓摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用，則螺栓受單向穩(wěn)定的應(yīng)變力。對于受單向穩(wěn)定應(yīng)變力的螺栓疲乏強(qiáng)度校核計算就可以完全依據(jù)上述變應(yīng)力的規(guī)律如何，然后再確定。力螺栓中總拉力的變化螺栓中工作拉力的變化△FFFaF” 時間?? F”?km 變形時間2-4螺栓設(shè)計計算受力選擇原則熟的觀點(diǎn)，這里我們著重爭論一下幾種。以按應(yīng)力幅進(jìn)展計算，即選用公式n[a]≥[na] 2-8a滿足此條件極為安全。

min4F′/d2FC為常數(shù)則

min

為常數(shù)，所以螺栓的1疲乏強(qiáng)度依據(jù) minC的狀況進(jìn)展計算，及選用下式校核。最大安全系數(shù)1

a ()(2a

min) 2-9第三種：Cγ=Cn 1 ≥[n]am 2-10滿足此條件即為安全。1.1許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)[n]裝配狀況公[n]o稱直徑M5-M16M16-M30螺栓材料緊連接〔不加預(yù)緊力〕碳素鋼10-6.56.52.5-5合金鋼7-55緊連接〔加預(yù)緊力〕碳素鋼1.2-1.51.5-2.5合金鋼螺栓連接的計算公式松螺栓連接的計算公式： F d214

2-114F[]4F[]

2-12dmm1N[σN/mm2緊螺栓連接的計算公式：

1.3F []caca14

2-13σca—————螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計算應(yīng)力，σca=1.3σFN.螺栓連接的構(gòu)造設(shè)計的原則矩形、框形、三角形等這樣不但利于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和連接結(jié)合面的形心重合，從而保證連接結(jié)合面的受力比較均勻。8個以上螺栓，以免載荷分布過于不均。和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)依據(jù)扳手所需活動的空間的大小打算。和畫線。避開螺栓承受附加的彎曲載荷。3Pro/EProEProE1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開頭參數(shù)化建模軟件的爭論。1988，V1.0Pro/ENGINEERPro/ENGINEERWildFire6.0〔6)。PTCMCAD螺栓連接零件圖3.1螺母3.2螺桿圖3.3 汽缸上端蓋圖3-4 下端蓋圖3-5 總裝配圖4本章就汽缸螺栓連接這一實例，依據(jù)螺栓連接的強(qiáng)度理論進(jìn)展計算分析。理論分析氣缸蓋螺栓連接的設(shè)計，如以以下圖，：汽缸工作壓力p0~1N/mm2間變化。汽缸直徑為D2=400mm，5.63514，F(xiàn)1.5F15℃。4.1計算各力的大小〔一〕計算每個螺栓承受的最大工作載荷汽缸最大載荷4Q4螺栓最大工作載荷

2

40024

1125664N

4-1FQz

1256648976 14

4-2F0~8976N剩余預(yù)緊力F1.5F1.5897613464N

4-3螺栓最大拉力FFF89761346422440N 4-4預(yù)緊力cFF c 1 F224400.8897615265N

4-51c2許用拉應(yīng)力按把握預(yù)緊力取安全系數(shù)，查《機(jī)械零件手冊》知a300N/mm2，且[[n]

3001.5

200N/mm2。[]a[n]螺栓疲乏強(qiáng)度校核1〕計算各參數(shù)a

3001.5

200N/mm2

4-6A

3.14

(15.294)2183.7mm2

4-71

4 1

22440

maxF

/A1

183.7

122.16N/mm2

4-811

minF/

15259183.7

83.06N/mm2

4-9maxmin122.1683.0619.55N/mFS2a 2 2

4-10e螺栓平均應(yīng)力 maxmin122.1683.06102.16N/min2m 2 2

4-11f查《機(jī)械零件手冊》可知平均應(yīng)力的折算系數(shù)為對稱循環(huán)彎曲疲乏極限又查手冊知3.45，0.87 ， 0.9則綜合影響系數(shù)疲乏強(qiáng)度校核計算

3.45 4.4 4.4

4-12下面分別用三種方法對該零件進(jìn)展螺栓疲乏強(qiáng)度校核2-8

210

1.63[n

]1.5a 19.55 19.551.54.4 a滿足強(qiáng)度條件，安全。其次種方法：依據(jù)其次種觀點(diǎn)，按 minC規(guī)律計算，代入公式 2-9，有

22104.4

1.39[n]滿足強(qiáng)度條件，安全。第三種方法：依據(jù)第三種觀點(diǎn)，那 C規(guī)律計算，代入公式2-7，有n

1

210

2.07[n]1.2am 4.419.550.15102.61由計算可知設(shè)計滿足各項要合理的。4.2三種計算結(jié)果分析歸納總結(jié)見下表計算方法比較容按σ律校核最大應(yīng)力安全系數(shù)按應(yīng)力幅規(guī)安全系數(shù)按γ=C力安全系數(shù)n1.391.632.07準(zhǔn)確度準(zhǔn)確近似n者不準(zhǔn)確，n全

4-15ANSYS分析軟件及工作原理介紹2050的物理特性，然后組合在一起就能近似的等效整體構(gòu)造的物理特性然。有限元分析〔FiniteElementAnalysis，F(xiàn)EA〕是在構(gòu)造分析領(lǐng)域中應(yīng)用和進(jìn)展起來的，它析、流體分析等方面扮演越來越重要的角色ANSYS數(shù)CADPro/Engineer，NASTRAN，Alogor，I－DEAS，AutoCADCAD一、軟件功能簡介軟件主要包括三個局部：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊計算模塊包括構(gòu)造分析〔可進(jìn)展線性分析、非線性分析和高度非線性分析、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透亮及半透亮顯示〔可看到構(gòu)造部〕等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件供給了100PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAYANSYS5.7要求的操作系統(tǒng)為Windows95/98或WindowsNTUNIX1024×768，2M350M，17〔主菜單〕PREP〔通用前處理模塊SOLUTIO〔求解模塊POST1〔通用后處理模塊，POST26〔時間歷程后處理模塊。ANSYS都可以聯(lián)機(jī)查閱。指令可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單項選取和執(zhí)行也可以在命令輸入窗口通過鍵盤輸入。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會在 .LOG文件中列出，翻開輸出窗口可以看到.LOG.LOG.LOG文件的容可以略作修改存到一個批處理文件中，在以后進(jìn)展同樣工作時，由ANSYS自動讀入并執(zhí)行，這是ANSYS提高工作速度。1〕實體建模；2〕網(wǎng)格劃分；3〕施加載荷：4〕分析求解ANSYS5.1【ANSYS(GUI)(1)ANSYS〔設(shè)定工作名目和工作文件〕程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory〔設(shè)置工作名目〕Initialjobname〔設(shè)置工作文件名：PressRun(2)設(shè)置分析特性ANSYSMainMenu：Preferences…→Structural→OK(3)定義單元類型ANSYSMainMenu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Solid:Tet 10node187〔10〕→OK〔返ElementTypes〕→Close…(4)定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu：Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→StructuralLinearElasticIsotropicE2.06e1〔彈性模量0.3〔泊松比〕→OK→鼠標(biāo)點(diǎn)擊該窗口右上角的“×”來關(guān)閉該窗口PROEANSYSMainMenu：Preprocessor→Meshing→MeshTool→位周縱向的線→OK→ElementSizeonPicked…No.ofelementdivisions5→OK→Mesh→Volumes→Mesh→Pickall5-2)5-2模型施加位移約束ANSYSMainMenu:Solution→Loads→Apply→Stuctural-Displacement→onLines→拾取底座底面的全部外邊界限→OK→ALLDOFOKNSYSMainMenu:Solution→Loads→Apply→Stuctural-Displacement→onLinesUY→OK模型施加載荷和約束..在底座上外表施加工作載荷ANSYSMainMenu：Solution→Loads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→拾取底座上外表→OK→VALUE：-125664→OK用箭頭顯示壓力值A(chǔ)NSYSUtilityMenu：PlotCtrls→Symbols〔ShowPresandconvectas〕→OKSAVE-DB保存數(shù)據(jù)庫分析計算ANSYSMainMenu：Solution→Solve→CurrentLS→OK結(jié)果顯示GeneralPostproc→PlotResults→Deformedshape…→Defshapeonly→OK〔返回到PlotResults〕→ContourPlot→NodalSolu→Stress→vonMisesstress→OK〔還可以連續(xù)觀看其他結(jié)果〕退出系統(tǒng)ANSYSUtilityMenu：File→Exit…→SaveEverything→OK計算結(jié)果驗證按以上計算方案，可得到最大VonMiss等效應(yīng)力和最大的Y方向應(yīng)力分別為：34.6MPa、12.8MPa，Y5-3、5-4(a) VonMises等效應(yīng)力(Pa) (2)Y方向(垂直方向)的應(yīng)力(Pa)5-3：VonMiss〔Pa〕〔垂直方向〕的應(yīng)力〔Pa〕螺栓疲乏強(qiáng)度計算結(jié)果-Y8976N/〔3.14×(14/2〕2〕=58.3MPa>12.8MPaANSYSANSYS理的。有限元分析在設(shè)計的過程中發(fā)揮著格外重要的作用應(yīng)當(dāng)引起大家的重視?？?結(jié)但是由于其方法比較簡潔故在一般的機(jī)械設(shè)備中常常用到。材料發(fā)生彈性變形，而彈性有限分析的速度是很快的，所以可以使用。ANSYS計領(lǐng)域必定得到更加廣泛的應(yīng)用。[參考文獻(xiàn)]鴻文.材料力學(xué)。42023。濮良貴82023.王步瀛.機(jī)械零件強(qiáng)度計算的理論和方法1986卜炎.螺紋連接設(shè)計與計算1993[]聯(lián)先CB。機(jī)械零件的承載力氣和強(qiáng)度計算。汪一麟，等譯1984莉莉德豫.《螺栓疲乏強(qiáng)度的計算再分析選自礦業(yè)學(xué)院學(xué)報 1993.4月59~656~58周開勤 機(jī)械零件手冊.第四版.1994(美)希格利.米切爾著.機(jī)械工程設(shè)計，金永昕，余長庚，汝元功等譯.第四版1988〔德〕尼