摩擦型高强螺栓传力性能及缺失的非线性分析

针对钢桁梁桥摩擦型高强螺栓连接出现的螺栓缺失问题,利用ANSYS软件,采用壳单元模拟连接板件,弹簧单元模拟接触面相互作用,对摩擦型高强螺栓连接进行了设计状态和螺栓缺失状态下的非线性有限元分析。结果表明:摩擦型高强螺栓连接发生滑移后,外荷载与螺栓所传剪力之间呈现非线性关系;在无滑移状态,各螺栓所传剪力沿外力方向和其垂直方向均为外侧大,中间小,滑移后趋向均匀;随螺栓缺失个数的增加,螺栓群初始滑移荷载、极限滑移荷载和缺失排螺栓传力比均减小,无滑移和局部滑移时相邻排增大最明显,全面滑移后其余各排则同等增大。因此,在高强螺栓连接的设计中,应对螺栓群受力是否进入非线性进行判断,以确定各排螺栓的实际传力比。     

螺栓滑移引起的铝合金板式节点网壳变形研究

板式节点螺栓滑移会引起铝合金网壳结构发生明显变形,变形主要取决于节点轴向变形,可通过节点轴向刚度模型来模拟螺栓滑移.为考虑实际工程中螺栓尺寸的随机误差,提出节点轴向刚度的随机多折线模型,分析发现,考虑螺栓尺寸误差计算得到的网壳挠度,可采用理想四折线模型结果拟合. 基于轴向刚度四折线模型,分析网壳挠度随螺栓预紧力的变化规律,发现当预紧力高于特定临界值时,网壳变形很小,反之网壳挠度会迅速增大. 进一步分析发现：最大网壳挠度与螺栓孔径差、网格环数呈正比,受跨度、矢跨比和支座形式影响较大,与杆件截面及节点板尺寸、荷载大小相关性较小. 基于此,提出螺栓滑移引起的最大网壳挠度计算公式,并对工程中常见的拉铆钉和普通螺栓,给出孔隙优化建议.     

方钢管柱-H型钢梁全螺栓连接节点抗震性能分析

为针对钢框架梁柱节点在焊接时易发生脆性破坏的问题,在原有的方钢管柱-H型钢梁节点(T-3)下,构建一种通过槽钢连接件采用全螺栓连接方钢管柱-H型钢梁的基准模型(BASE试件)。运用ABAQUS模拟分析,变动轴压比、方钢管柱壁厚、螺栓预紧力,对其抗震性能展开分析。结果表明:BASE模型节点最终以环板螺栓孔撕裂破坏而结束工作,避免了栓焊易出现的脆性破坏;方钢管柱壁厚的增加使节点域强度增强,从而提高节点的延性,耗能能力也随之增强;节点延性随轴压比的增大先增大后减小,变化范围在4.618～2.567;螺栓预紧力从77.5 kN增加到186 kN,刚度提升幅值约61.4%,节点的承载能力也有很大的提升。     

打磨机器人的打磨头螺栓组系统可靠性分析

在使用螺栓组连接的整体结构中,螺栓组的可靠性直接影响整体结构的可靠性.传统的螺栓组可靠性分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际工况中螺栓参数具有一定的随机不确定性,从而产生较大误差.为准确评估螺栓组的可靠性,以某打磨机器人的打磨头螺栓组为例,建立打磨头有限元分析模型并进行静力学分析,通过螺栓连接实验验证螺栓连接有限元模型的准确性;将螺栓组视为系统,考虑螺栓参数随机性的影响,以螺栓最大应力值是否超过屈服极限为判别条件建立极限状态函数,结合Kriging模型拟合方法进行可靠性分析,探究系统可靠度随螺栓预紧力的变化规律.结果表明,螺栓组系统可靠度受到随机因素的影响,由多个螺栓共同决定,并随螺栓预紧力增大而减小.     

拧紧工艺的螺栓连接结构预紧力变化规律

针对航空发动机装配过程中螺栓预紧力一致性差的问题，建立螺栓连接转子有限元模型，获得螺栓在顺序拧紧和星形拧紧时预紧力的衰减规律和分布特点.进行螺栓预紧力实验研究，分析了拧紧顺序及拧紧速度对螺栓预紧力的影响，并揭示了预紧力随时间的衰减机理.结果表明：拧紧相邻螺栓会使预紧力大幅衰减；提高拧紧速度会使螺栓获得较大预紧力，使得连接结构更加稳定；螺栓拧紧后预紧力会在短时间内大幅衰减，衰减规律与扭矩幅值息息相关.因此，在发动机装配中，严格控制螺栓拧紧工艺的同时，预紧力短时间内的衰减不可忽视.     

螺栓预紧力对输电杆塔强度的影响

针对实际线路段,利用ABAQUS软件建立塔线耦合体系有限元模型,数值模拟该塔线体系在典型荷载作用下的应力和变形.根据现场倒塔情况,建立杆塔破坏局部区域三维实体模型,并与其它部分杆梁模型连接得到杆塔整体有限元模型.三维局部区域模型考虑了螺栓和连接板之间的连接细节、螺栓预紧力、螺杆和螺孔之间的间隙等.进而数值模拟研究螺栓预紧力大小对螺栓的滑移和杆塔构件应力的影响.结果表明,过小的预紧力会导致螺栓产生明显滑移,增大螺栓和杆塔构件的应力,因而螺栓预紧力不足可能是导致杆塔破坏的主要原因之一.     

螺栓超欠拧对钢桁梁桥节点拼接接头受力的影响

为研究螺栓超欠拧对节点拼接接头各板件受力的影响,以浩吉铁路(原蒙西—华中地区铁路)跨平汝高速64 m钢桁梁桥为工程背景,采用有限元分析软件MIDAS/CIVIL和ANSYS分别建立全桥有限元模型和E4节点的实体有限元模型。在E4节点处,选取下弦顶板上的一组螺栓作为超欠拧对象,并以该组螺栓不同的施拧状态作为研究工况,研究不同工况状态下接头各板件的应力状态,并进行现场试验验证。研究结果表明:当某一螺栓发生超欠拧时,只会对该螺栓附近一定区域的板件应力产生影响,并且离该螺栓越近影响越大;螺栓超欠拧对拼接板应力的影响范围为以超欠拧螺栓为中心1.4倍螺栓中心距之内,对下弦顶板应力的影响范围为以超欠拧螺栓为中心0.8倍螺栓中心距之内;螺栓超欠拧亦会对板件间的摩擦传力产生影响。     

摩擦型高强度螺栓孔径及拼接板厚度对拼接节点传力性能的影响

为了分析含有摩擦型高强度螺栓连接节点的钢桥在设计及施工过程中经常出现的拼接板过厚及扩孔现象对拼接节点受力的影响,利用ANSYS软件建立简单摩擦型高强度螺栓连接节点的有限元模型,分析了螺栓孔径及拼接板厚对螺栓群传力性能的影响.分析结果表明:螺栓孔径及拼接板厚均会改变螺栓群的传力比;拼接板厚度的增加会使螺栓群出现滑移的时间提前,并改变其极限滑移量;随着螺栓孔径的增加,拼接板件之间的接触压应力及接触摩擦应力减小.     

谐调螺栓连接对转子系统动力学特性影响

为了研究螺栓连接结构对航空发动机转子系统动力特性的影响,将改进薄层单元法应用到正常工作的转子系统的螺栓连接结构中,该方法能够充分考虑对接面之间应力分布不均的特点,并且薄层单元材料参数无需试验数据修正。首先,简述了改进薄层单元法的基本原理;其次,将该方法应用到简化的转子系统中,研究了螺栓预紧力对转子系统固有特性、临界转速和不平衡响应的影响规律。结果表明：在转子系统螺栓连接结构应用改进薄层单元法时,转子系统是周期对称结构,系统的临界转速特性需要在旋转坐标系下进行求解;随着螺栓预紧力的增加,转子系统的各阶固有频率、各阶临界转速和不平衡响应均增大,但增大的量几乎可以忽略,这与螺栓预紧力对静子系统的影响规律完全不同。因此,当转子系统正常工作时,可以将转子系统中的螺栓连接结构等效为刚性连接。     

大口径法兰瞬态工况正交试验

采用有限元分析方法结合正交试验研究了法兰的压力、口径、螺栓预紧载荷等参数对大口径法兰密封性能的影响.对有限元正交试验数据,通过多元回归得到缠绕垫片应力与螺栓预紧力、法兰压力、法兰温度和缠绕垫片回弹模量之间的关系式.研究表明,螺栓预紧力和法兰压力对缠绕垫片应力的影响是高度显著的,法兰温度和缠绕垫片回弹模量的影响是显著的.     

大型挂载起吊系统特种螺栓强度分析

通过建立挂载起吊系统力学模型,并采用有限元分析方法对系统进行计算,得出特种螺栓应力分布以及系统各部件之间接触面积关系。分析结果表明螺栓强度满足使用要求,螺栓预紧力对螺栓强度影响较大,圆筒重力载荷对螺栓强度影响较小,但螺栓存在严重的偏载现象。此外,对挂载螺栓进行分组起吊实验,观察各组螺栓的变形情况。结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好。     

被联接件形式对结构模态及传递特性影响的研究

被联接件形式和螺栓预紧力对螺栓联接结构的模态和传递函数有较大的影响,但在实际的工程装配和有限元模拟时,由于处理复杂而经常被忽略。首先通过ANSYS Workbench软件,对不同被联接件形式下的螺栓联接结构进行模态分析和传递特性分析,然后对阶梯型螺栓联接结构施加三组不同预紧力,最后将有限元计算值和实验值进行比较。计算结果表明,由于在模态计算时忽略了阻尼的影响,使得计算值和实验值有误差,误差在工程允许的范围内;被联接件形式为阶梯型时结构的固有频率较高;被联接件形式和螺栓预紧力对结构传递特性影响较明显。     

高强钢梁柱外伸式端板节点常温与火灾后性能参数分析

为了解端板厚度、螺栓直径、螺栓预紧力、柱翼缘厚度、端板钢材强度及过火温度等因素对高强钢端板连接节点力学性能的影响,对薄高强钢端板替代厚普通钢端板这一设计理念进行深入探讨,采用ABAQUS对高强钢端板连接节点进行有限元分析.有限元分析结果表明:端板厚度增加,节点的初始转动刚度和极限承载力提高,转动能力下降;螺栓直径增加,节点的初始转动刚度、极限承载力及转动能力均提高;螺栓预紧力增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力和转动能力基本不变;柱翼缘厚度增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力基本不变,转动能力略有减小;端板钢材强度增加,节点的初始刚度基本不变,极限承载力提高,转动能力在端板钢材强度不超过Q460时基本不变,高于Q460后显著减小;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用薄高强钢端板的节点常温下和火灾后均可达到相似的承载力、相近甚至更高的转动能力;端板连接节点火灾后可能发生失效模式转变,甚至由延性转变为脆性的失效模式.     

多轴向BFRP方管桁架K型节点性能分析

由于纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,近年来在结构工程中得到了广泛的应用。在复合材料桁架中使用多轴向铺层型材可有效提高节点承载力、改善破坏形态,但目前相关研究仍停留在简单板板连接节点的层面。针对这一问题,根据方管桁架桥薄弱位置,采用数值模拟的方法,分析均匀布置、螺栓错配、周围布置3种螺栓排布方案下的K型节点性能,并通过试验对有限元结果进行验证。结果表明：K型节点螺栓群承荷不均匀现象明显,薄弱点位于拼接板与下弦杆连接处。螺栓错配能够有效改善螺栓群应力分配不均,增大第2排螺栓的传力比,从而提高节点的连接效率。周围布置虽然传力不均匀,但整体的连接效率和均匀布置接近,从节省材料和连接空间的角度来看,也是一种可选的节点布置方案。     

螺栓联接强度计算方法的探讨

针对当前螺栓联接强度计算方法中所求预紧力偏小,不能与ＧＢ３０９８．１－８２规定值相适应问题,提出用螺栓保证应力作为预紧力大小的判据,引入载荷系数以提高预紧力值,增强联接刚度、紧密性和提高防松能力．着重讨论了受轴向工作载荷时紧螺栓连接强度的计算方法．     

高速公路隧道装配式仰拱接头力学性能研究

为研究公路隧道装配式仰拱结构接头的力学性能,首先建立装配式仰拱接头三维数值计算模型,模拟接头细部结构,分析比较弯螺栓、直螺栓对仰拱接头在不同轴力、弯矩组合作用下接头张开量、转角、螺栓应力以及接触压应力等的变化规律。然后采用大比例尺室内仰拱接头加载试验对模拟结果进行验证。结果表明：接头张开量、转角随着弯矩增加不断增大,接头抗弯刚度不断降低;接头张开量、转角随轴力增加而减小,接头抗弯刚度则不断增大;弯螺栓接头抗弯刚度大于直螺栓接头抗弯刚度;螺栓整体受拉,螺杆受力状态与螺栓形式及接头变形有关,整体上弯螺栓应力大于直螺栓应力。对比分析数值和试验结果,整体变化趋势一致。研究成果为公路隧道装配式仰拱接头设计提供参考。     

质子交换膜燃料电池双极板与气体扩散层接触压力测量与模拟

质子交换膜(PEM)燃料电池的组装力和工作温度对双极板与气体扩散层(GDL)之间的接触压力有着重要影响,而双极板与气体扩散层之间接触压力的大小与分布对燃料电池的电化学性能至关重要。基于有限元软件ABAQUS开发了PEM燃料电池预紧力-温度顺序耦合程序,预测得到了不同螺栓预紧力和温度下双极板与气体扩散层间接触压力的大小和分布。有限元分析结果表明:接触压力随预紧力的增大而增大;燃料电池的工作温度对双极板与气体扩散层之间的接触压力有重要影响,接触压力随温度的升高而增大。采用压力传感膜技术试验测试了双极板与GDL之间的接触压力大小与分布,试验结果与模拟结果吻合较好。     

法兰设计方法及预紧力的确定

选取9对工作压力为1.0～6.5 MPa、工作温度为400℃的标准带颈对焊管法兰,分别运用EN13445附录G法兰设计的另一方法与Waters方法计算螺栓预紧力,运用ANSYS有限元软件对其进行模拟,分析法兰接头的应力分布和应变,研究这两种计算方法在指导法兰接头螺栓安装时,法兰强度以及密封性的可靠程度和方法的可行性.结果表明:EN13445附录G计算确定的螺栓预紧力能保证该种法兰接头在该温度、压力范围内的强度与密封性,可用于指导该种法兰螺栓的安装;Waters计算确定的螺栓预紧力在较高工作压力时会导致垫片应力过大,可能会压溃垫片,建议在工程实际中该种法兰螺栓在该温度、压力范围内安装时谨慎使用Waters螺栓预紧力.     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

考虑螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳固有特性分析

以含螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳为研究对象,采用商用有限元分析软件ANSYS建立了系统的全实体/梁-壳混合有限元模型.基于所建立的模型,分析讨论了自由/约束边界,法兰/吊挂处预紧力对系统固有特性的影响,并通过试验进行了对比验证.研究结果表明:本文所建立的有限元模型能较好地模拟螺栓连接处界面接触压力及其分布情况,且在保证一定精度的前提下,梁-壳混合模型较全实体模型的计算效率高;吊挂约束的存在对系统的固有频率和振型影响较大;法兰处螺栓预紧力对系统第5~8阶固有频率影响较大,而吊挂处螺栓预紧力对系统前3阶固有频率影响较大.