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 COSMOS中的螺栓接头
发布者: 出处: 日期:2009/5/13 阅读:1451 推荐:0 点评:0
   

1 概述

    以传统方式对螺栓和螺钉接头进行建模和分析可以说非常困难,这是因为这种模拟必须考虑螺栓预紧力和剪切力的影响。COSMOS 提供可以处理此类分析问题的方法─虚拟螺栓接头。用户还可以了解螺栓上的轴向反作用力和抗剪反作用力,以确定螺栓大小;还可以确定特定螺栓大小所产生的锁模力以及拧紧扭矩是否足以克服外部载荷。COSMOS内置了螺栓智能分析工具,设计工程师只需定义几个必需的参数,即可让程序执行复杂的计算。用户必须定义的参数(图1)包括: 螺栓连接类型、与螺栓头接触的法兰面、螺栓杆、螺母(如果该接头为螺钉,则不需要螺母)、螺栓直径、螺栓材料以及螺栓预载。如果用户提供螺栓拧紧扭矩和扭矩系数以确定螺栓螺纹上的摩擦力,该软件可以自动计算螺栓预载。以传统方式对螺栓和螺钉接头进行建模和分析可以说非常困难,而且这种模拟必须考虑螺栓预紧力和剪切力的影响。

(图1)— COSMOS 要求用户确定螺栓将接触的面、螺栓直径以及材料等项目。利用这些信息,COSMOS 就可以计算并给出确定螺栓大小所需的结果。

    所有这些输入都可以在一个对话框中完成。在完成求解后,COSMOS 会提供以下结果:作用在该螺栓上的轴向力、剪切力以及扭矩。

    COSMOS还可以模拟接地螺栓的特性,例如红绿灯柱底部上的螺栓的特性,在这种情况下,螺栓是嵌入到人行道的混凝土中的。对于接地螺栓,COSMOS使用虚拟壁选项模拟混凝土地面,因而大大减小了分析模型的规模。

2 螺栓连接失效的主要原因:

    2.1 螺栓失效于不能提供充分的夹紧力,因此预载荷必须超过外载荷。

    2.2 在外载荷下螺栓过载

    在外载荷情况下,会有以下三种失效方式。螺栓载荷超过螺栓的屈服载荷,削弱了连接;螺栓载荷超过了拉伸强度,造成了连接失效;螺栓的剪切失效也是在外载荷下螺栓过载的重要因素。

    2.3疲劳失效

    螺栓的疲劳损坏主要有三个,螺纹失效、螺栓头和螺杆过渡圆角、螺纹与光杆过渡处。为了避免螺纹疲劳失效,可以使预载荷超过峰值交变载荷以减少螺栓受到的循环载荷。

    2.4螺纹剥离

    在预载荷和外载荷联合作用下发生螺纹剪切失效。

3 螺栓连接的输出

    3.1 螺栓接头可以输出剪切分力,轴力和弯矩。使用这些力来确定螺栓的大小。

    3.2 在冗余系统中,螺栓载荷将是他们刚度的函数。 刚度大的螺栓将承受更多的载荷。

    3.3 如果螺栓改变了大小,应该进行重新模拟。

4 螺栓连接的一般性假设

    在COSMOSWorks中关于螺栓连接是基于以下假设条件的。螺栓头/垫圈和螺母接触面一直保持接触,不会在剪切载荷下滑动(具有无限大的摩擦);

    如果在螺栓选项中选择了紧密配合选项,螺栓杆是刚性连接穿过通孔。他们不能滑动或者在剪切载荷下变形。在螺栓中无间隙或者弹性。另外,在任何情况下,螺栓杆不需要与通孔相结合。

5 螺栓紧密配合选项

    如果螺栓柄的半径等于与其中至少一个零部件相关联的圆柱面的半径,则复选此选项。设定为紧密配合的圆柱面被该程序设为刚性,它只与螺栓柄一起作为刚性实体产生变形。模拟结果取决于螺栓带螺母还是不带螺母,如下所示。
 
    紧密配合选项必须选择通孔,那是假设螺栓没有径向间隙,类似于“堵”上孔。实际上,COSMOSWorks保证孔包围着螺栓刚体,以至于无局部变形 。这个结果造成螺栓/孔刚度过大,因此使用时需要小心。

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