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1、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根底之上，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，进展本课题的研究。假设汽缸的工作压力为01N/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这一具体实例进展计算分析。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。先以理论知识进展计算、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展受力分析，以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的开展，有限元方法的理论更加完善，应用也更广泛，
2、已经成为设计，分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算根底上，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展分类，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。BoltfatiguestrengthanalysisAbstract:Instressfatiguestrengththeory，bolt，designcalculationtheoryfoundationtofatiguestrengthcalculationforthethreemethodsadoptedaccordingtothecylinderlid，fastenboltc
3、onnectionastheobjectofresearc，hthistopicresearch.Assumingthecylinderpressureofworkis01N/mm2change，scylinderdiametersbetween=400mm，boltingmaterialsD2forms5.635ste，elboltnumberfor14，inF=1.5Fbelow15，thetemperaturecalculationandanalysisofconcreteexamples.UsingProEestablishboltconnectionthree-dimensional
4、modelsandscr，ewnut，cylinderundercove，rcovermodel.Startswiththeoreticalknowledgecalcula，teanalysis，andthenduringanalysi，sANSYSfiniteelementanalysissoftwarebythispaperanalyzesforcesboltconnect，iontoverifytherationalityofthedesignofandreliability.Afternearlydecadesofdevelopm，entthetheoryoffiniteelement
5、methodismoreperfec，tmoreextensiveapplicatio，nhasbeeanindispensabledesign，analysistheemollienttool.Theninitsanalysisandcalculationforboltconnec，tionbasedonthetypeofconnectiontothefatiguestrengthdesignofthegeneralformulaclassification，furtherontopofthissummary.Keywords:boltfatiguestrength，calculationa
6、ndanalys，isstrengththeory，ANSYSfiniteelementsanalysis.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螺栓连接的构造设计的原那么133Pro/E三维造型143.1 ProE介143.2 螺栓连接零件图144实例分析174.1 理论分析174.1.1 计算各力的大小184.2 理论分析总结205ANSYSW限元分析215.1 ANSYSt限元分析215.1.1
7、分析软件及工作原理介绍215.1.2 ANSY的析求解步骤225.2 ANSY朋析235.3 ANSY劭析总结27总结28参考文献29致谢301 绪论本章主要介绍疲劳强度的根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根底之上就螺栓的疲劳强度计算及分析进展研究。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，平
8、安性，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展分析，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
9、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屡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
10、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开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，运动仿真技术的开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
11、广泛应用，连接的可靠性，平安性事关生命及整个国民经济的开展，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，平安，高效工作的必然要求，所以进展螺栓疲劳强度的设计计算分析是开展生产的必然要求具有重大的理论和现实意义。2相关背景知识本章主要讲解进展螺栓疲劳强度计算分析所需要的理论根底，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；螺栓连接的设计原那么；强度计算公式选择的原那么。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：假设丫=常数，那么也有口=1-丫/1+丫=常数，即a二常数，在图2.1中设M点为一工作点，
12、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按丫=C变化得到极限应力点。联解OM,AB两条直可得aa ，m mm2-1那么可求出点M点坐标对于点M点的应力极限为，z 1( mkmmax m a2)m1 max2-2那么根据最大应力求得的最大应力平安系数计算值及强度条件为n max 1 a max k an m2-3按应力幅计算;0-min=C假设man =C那么有o- min = 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 ,那么这条直线上任一点的应力最小值一样，即复合0- min= ma =C的加载条件。M所代表的应力
13、就是此情况下计算时应采用的疲劳极限应力。0m联解直线MM,AB方程代入 min m a C ,可解得M的坐标0- m, o-a那么根据最大应力求得的最大应力平安系数计算值及强度条件为namax a m 21 (max a m ()(2)minamin)n2-5循按应力的循环特性保持不变即丫=c的应力变化规律计算即(rm=C在图3中，过工作点M,作纵轴的平行线MM,那么此直线上任一点的应力，其平均应力一样，即符合m=b的加载条件。M点所代表的应力就是此情况下计算时所采取的疲劳强度极限应力。联解MM,AB两直线方程2-6可得M点的坐标m,(Ta根据最大应力求得的最大应力平安系数及强度条件为maxm
14、axam21()min)nam()(2amin)错误!未指定书签。设计计算时，对上述三种情况的平安系数的校核公式的取舍，要根据具体零件应力可能发生的规律来确定，对于难以确定其规律的，往往采用T=C的公式。螺栓连接承受单向稳定变载荷时的疲劳强度计算。对于承受预紧力和变化的工作拉力的紧螺栓连接，假设加预紧力F后，承受0F之间的变化的工作拉力，从图所示的受轴向变载荷的螺栓受力情况图可见，此螺栓所受的总拉力在FF。之间变化。由图容易看出，当螺栓承受0F脉动变化的工作载荷时，螺栓内的应力为非对称循环变应力。这是因为虽然外加工作载荷是脉动变化的，但由于预紧力F的存在，螺栓所受的总拉伸载荷那么是在FF。之间
15、变化的波动拉伸载荷，如果不考虑螺栓摩擦力矩的扭转作用，那么螺栓受单向稳定的应变力。对于受单向稳定应变力的螺栓疲劳强度校核计算就可以完全按照上述变应力的根本理论，至于具体使用那一种平安系数校核公式，首先要看螺栓承受变应力的变化规律如何，然后再确定。力力Fa螺栓中总拉力的变化累栓中工作拉力的变化FA时间时间F-变形图2-4轴向变载荷的螺栓受力情况2.2螺栓设计计算受力选择原那么迄今为止我们应经对螺栓承受变应力的情况有了深入的认识了，形成了一些较成熟的观点，这里我们着重讨论一下几种。第一种：影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅。所以螺栓的疲劳强度可以接应力幅进展计算，即选用公式nna2-8a满足此条件极为平安。/L，2第二种：由于min4Fd1rraFC为常数那么min为常数，所以螺栓的疲劳强度按照minC的情况进展计算，及选用下式校核
