李 艳 冯德荣 李召华

1.空军工程大学航空机务士官学校 航空修理工程系 河南信阳 464000 2.河南航天精工制造有限公司 河南信阳 464000

1 分析背景

螺栓是一种广泛应用于机械设备、建筑工程、航空装备等结构连接部位的重要紧固件[1],其可靠性将直接影响工程设备的性能。所以,螺栓的剪切性能必须满足设计要求。为测试螺栓的剪切性能是否达到设计要求,需要对螺栓进行大量剪切试验[2-5]。当然,剪切试验成本高,周期长,而且试验结果带有一定的分散性。相对于试验法,有限元法成本低,可以直观看到螺栓在剪切过程中的应力应变变化情况。因此,笔者应用ANSYS/LS-DYNA软件建立螺栓双剪试验的有限元模型,动态模拟螺栓破坏过程,得到螺栓剪切过程中的应力、应变云图和剪切力变化曲线,并通过试验对剪切力进行验证。

2 有限元建模

螺栓剪切过程中,材料要经历一个复杂的变形和断裂过程,涉及弹性力学、塑性力学、损伤与断裂、计算方法等多学科内容,属于材料、几何、边界条件的多重非线性问题。针对这一问题,笔者应用ANSYS/LS-DYNA软件模拟螺栓的剪切过程。

2.1 几何模型

螺栓双剪试验中,关键部位为做往复运动的上刀片、固定在箱体上的下刀片、被剪断的螺栓。笔者建立螺栓剪切过程三维几何模型,如图1所示。其中,上刀片、下刀片的几何尺寸参考GJB 715.26A—2008[6]标准进行设置,螺栓的直径分别为8 mm和14 mm,螺栓的材料为TB8。ANSYS/LS-DYNA软件建模及分析过程采用的单位为cm、g和μs。

▲图1 螺栓剪切过程三维几何模型