张宁，郭辛，程思晗



基于Abaqus的预紧力对航空器用螺栓强度影响的有限元分析＊

张宁，郭辛，程思晗

（中国民航大学 中欧航空工程师学院，天津 300300）

为了探究不同预紧力大小对螺栓紧固件结构强度及疲劳寿命的影响规律，基于Abaqus仿真平台，建立螺栓组件的有限元模型，开展不同预紧力的螺栓强度分析。结果表明，对于受剪螺栓，随着螺栓预紧力的增大，被连接件孔边Mises等效应力也呈线性增大，孔边平均摩擦接触应力不断变小，而孔边平均压应力水平不断变大。

有限元分析；螺栓；预紧力；切向载荷

螺栓连接在飞机结构连接中占有重要地位，螺栓虽构造简单，但受力机理复杂。建立合理的航空器用螺栓计算模型，分析螺栓部件的受力及破坏方式，不仅对航空器的飞行安全有积极意义，还对制订航空器检修策略具有指导意义。

1 部件模型

螺栓组件由螺栓、螺母、基体与构件组成。螺栓预紧力形成构件与基体间的夹紧力，这里的夹紧力为摩擦力的正压力。在有限元模型中，省略螺母，忽略螺纹的影响，建立如图1所示的螺栓有限元模型。

图1 螺栓组件的CAD建模情况

其中，构件厚度设为2 mm，螺栓孔的直径设为14.1 mm；基体模型采用14 mm×30 mm×40 mm。根据疲劳试验试样，螺栓、基体和构件材料的属性如表1下所示。

表1 螺栓、基体和构件材料的属性

材料属性材料弹性模量/GPa泊松比抗拉强度/MPa屈服强度/MPa 螺栓2100.31 280940 基体、构件1900.31 280940

2 有限元计算

选用拉格朗日乘子法作为接触计算方法[6-7]，将螺栓头部与构件接触面和构件与基体接触面定义为摩擦系数为0.29的小滑移切向摩擦接触。……