桂学文 张京东 廖日东

螺栓预紧过程的有限元仿真研究

桂学文 张京东 廖日东

(北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081)

预紧过程直接关系到螺栓结构的强度计算和松动分析，但是螺栓的预紧过程是一个复杂的非线性问题，目前对于预紧后螺栓的受力状态、接触状态以及不同加载方法的差异等方面的认识尚不完善。本文建立了精细的螺栓六面体网格模型，对转角法和预紧单元法两种不同加载方法进行了仿真研究。基于转角法研究了扭矩、转角、预紧力之间的关系，为一些特殊螺纹连接的扭拉关系研究奠定了基础。并对比分析了两种加载方法下螺栓预紧后的受力和接触状态。结果表明，本文采用的转角法加载能够准确的模拟螺栓的拧紧过程，预紧单元法只能模拟轴向力的分布，并不能准确考虑切向力的影响。

螺栓连接；预紧过程；扭拉关系

0 引言

螺栓是一种与螺母配合使用的螺纹紧固件，工程中螺栓预紧一般是对螺母施加扭矩，使之相对螺杆转动一定角度，利用螺母和螺杆上内外螺纹的相互作用使螺母和螺杆之间发生相对轴向运动，夹紧被连接件从而实现紧固作用，这就是所谓的转角法。在一些特殊情况下，如超大规格螺栓的应用时，由于所需扭矩太大不方便施加，也会采用先拉伸螺杆到一定长度后，再将螺母用很小的扭矩拧紧到位的预紧方法（简称拉伸法）。

螺栓预紧过程研究一方面是要探明给定结构条件下，达到给定预紧力所需螺母的转动角度（扭矩）或者螺栓的拉伸长度，以指导安装工艺设计；……