基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用 (2)

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大型法兰对接螺栓预紧力加载过程分析及处理措施

大型法兰对接螺栓预紧力加载过程分析及处理措施赵学;李欢;张文彬【摘要】Since the magnitude of preload of every bolt can not be got directly in butt joining of largecontainer flange, which leads to uneven load on the cushions, thus the uneven deformation of the cushionmay occurs,which may impact the sealing and cause leakage.Technically the general requirement for pre-tightening bolts is to load gradually around and embed the cushion evenly into the sealing groove withoutany partial deformation occurring.Thal is to say the loading process of bolts around the flange evenly mayrequire little change gradient and gradual,even loading until the pre-loading of the bolts achieves the setvalue. Meanwhile an on-line monitoring instrument is designed to display the accurate magnitude of force ofevery bolt instantly,which data outputted by the instrument can help to determine the sequence of thebolls's preload as well as the magnitude of preload,so that the preload could be achieved gradually andevenly to obtain better sealing effect.%针对目前大型容器法兰接管对接时,螺栓预紧中,无法直接知道每个螺栓预紧力的大小,从而导致预紧力不能均匀的作用于密封垫,使密封垫产生不均匀变形,影响密封效果及产生泄漏.在工艺上,对法兰预紧螺栓的普遍要求是圆周逐步加载,使密封垫逐步均匀嵌入法兰密封槽,保证密封垫不发生局部变形,也就是法兰圆周均匀分布的许多螺栓加载过程要求变化梯度小、逐步均匀加载,最终各螺栓的预紧力达到规定值.设计一种在线监测仪器,此仪器能够在现场将每个螺栓的受力大小精确地反应出来,通过显示的数据来判断螺栓预紧顺序及加力大小.从而达到均匀逐步预紧,得到良好的密封效果.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】3页(P112-114)【关键词】压力容器;法兰;密封;预紧力【作者】赵学;李欢;张文彬【作者单位】兰州理工大学机电工程学院,兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH16;TQ051.31 引言在化工、炼油领域，压力容器是其主要设备之一。

螺栓的预紧强度仿真计算__概述说明

螺栓的预紧强度仿真计算概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨螺栓的预紧强度仿真计算方法及其在实际工程中的应用。

螺栓连接是一种常见的固定连接方式，对于确保结构的安全稳定至关重要。

预紧强度是螺栓连接中一个重要的参数，它直接影响到连接件的可靠性和工作性能。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行论述。

首先，在引言部分介绍了文章的概述和目录结构。

其次，第二部分将介绍螺栓预紧强度的重要性以及目前相关研究现状。

第三部分将详细说明螺栓预紧强度仿真计算的方法，并阐述建立模型和确定参数的过程。

第四部分将通过实例分析具体展示螺栓预紧力仿真计算的应用。

最后，在第五部分给出主要研究结果总结并提出研究不足之处，并对未来工作进行展望。

1.3 目的本文旨在提供一种基于有限元模拟的螺栓预紧强度仿真计算方法，为实际工程中螺栓连接的设计和优化提供参考。

通过对不同实例的分析，将探讨螺栓预紧强度与连接松动关系的研究现状，并评价其可靠性。

本文希望能为读者提供关于螺栓预紧强度仿真计算方法的全面理解和应用思路，并推动相关领域的进一步研究和发展。

以上是引言部分的内容，介绍了文章的概述、结构以及目的。

接下来将详细介绍螺栓预紧强度仿真计算方法及其在实践中的应用。

2. 螺栓的预紧强度仿真计算方法：2.1 螺栓预紧强度的重要性螺栓的预紧强度是确保连接件正常工作和站稳的关键因素。

预紧力的正确施加可以保证螺栓连接件在运行过程中不发生松动或失效，提高连接件的安全可靠性。

因此，准确计算螺栓的预紧强度对于设计和使用连接件至关重要。

2.2 预紧力与螺栓松动关系的研究现状为了研究预紧力与螺栓松动之间的关系，以往研究主要基于试验数据和经验公式。

这些方法虽然可以提供一定程度上的参考，但受到试验条件和样本限制，其适用性有所局限。

在近年来，借助计算机仿真技术，结合有限元分析方法进行螺栓预紧强度计算已成为一种有效且可靠的手段。

2.3 基于有限元模拟的螺栓预紧强度仿真计算方法基于有限元模拟的螺栓预紧强度仿真计算方法主要包括以下步骤：首先，需要对螺栓与连接零件进行几何建模。

螺纹连接预紧力有限元分析及实验研究

螺纹连接预紧力有限元分析及实验研究摘要：本文运用有限元理论，以ANSYS软件为分析平台，建立了螺栓连接的有限元模型，分析了螺栓在预紧过程中各圈螺纹副的受力情况，通过积分求得了螺纹副间的摩擦力矩，确定了预紧力与预紧力矩之间的关系，并通过实验进行了验证，得到一个可以应用到工程实际中的预紧扭矩系数值，为提高扭矩法控制螺纹连接预紧力的精度和建立各种型号螺栓连接的预紧力—扭矩关系数据库奠定了基础。

关键词：螺纹连接预紧力扭矩系数有限元1 引言螺纹连接结构简单，拆装方便，是机械结构中应用最广泛连接方式。

受轴向预紧力的螺纹连接应用最为广泛。

施加合适的螺纹连接预紧力，能提高结构的承载能力、改善结构的应力分布、增加结构的工作可靠性。

预紧力过大，将导致结构承载能力的下降，螺栓在载荷作用下会发生螺纹屈服、松脱、延迟断裂；预紧力不足，被连接件在载荷作用下会产生间隙或松动，改变螺栓的受力状态，降低螺栓强度，降低疲劳强度。

预紧力控制不均匀，将导致螺栓受力不均，个别螺栓超过设计载荷，导致螺栓组整体强度下降，整个机械结构、设备安装连接失效。

因此，预紧力控制对机械结构显得尤为重要。

目前控制螺纹预紧力的方法有四种，即螺栓伸长法，扭矩法，扭矩—转角法和屈服点法。

螺栓伸长法、屈服点法这二种方法因为其工程实用性差，控制成本高，现在只在实验室研究中应用；扭矩-转角法则因其设备昂贵，并且应用起来不方便，主要应用于发动机缸盖联接等重要特殊部位。

扭矩法在工程中应用最方便、最广泛，经济性最好，但控制精度需要提高。

目前，通过力矩控制法来控制预紧力是经济型最高的控制方法，并且大范围的应用，但是在通过预紧力与预紧扭矩的关系，求取扭矩系数K值的时候，螺纹连接采用的是简化模型，认为整个螺旋副上的受力均等，这个模型有很大的局限性，因为实际情况，每圈螺纹的受力情况都是不同的，从而求得的K值不准确，从而预紧后得到预紧力的离散度大，使得扭矩控制法的精度受到影响。

往往在实际操作中，有很多螺纹没有达到预紧目的，对设备运行的可靠性影响很大。

螺栓预紧力分析计算在提高机床装配精度上的研究应用

工预紧力分析计算在提高机床装配精度上的研究应用
王海涛李初晔
（北京航空制造工程研究所，北京１０００２４）摘要：装配是实现数控机床／ｊｎ－ｒ功能的重要环节。零部件之间的联接通常通过螺栓来实现，尤其是关键部位的大公称直径螺栓，其联接质量决定着机床最终的整体性能。由于螺栓施加预紧力的数值影响了螺纹联接质量，通过采用软件分析和相关计算，对螺栓预紧力作出科学的量化，改善了螺纹联接的可靠性和准确性。提高了机床的装配精度和加工稳定性。
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓａｓｓｅｍｂｌｙａｃｃｕｒａｃｙ
ＷＡＮＧＨａｉｔａｏ，ＬＩＣｈｕｙｅ
（ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２４，ＣＨＮ）
ｂｅｔｗｅｅｎｐａｎｓａｒｅｕｓｕａｌｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｂｏｌｔｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｂｉｇｎｏｍｉｎａｌｄｉａｍｅｔｅｒｂｏｌｔ，ｉｔＳｑｕａｌｉｔｙｄｅ — ｃｉｄｅｓｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｐｅ￣ｙｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｂｏｌｔｓｐｒｅ—ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｖａｌｕｅ，ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｒｅａｄｉｓｉｎｌｕｆｅｎｃｅｄ，ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅａｓｃｉｅｎ— ｔｉｆｉｃｑｕａｎｔｉｉｃｆａｔｉｏｎｏｎｂｏｌｔｓｐｒｅ－ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｔｈｅｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄｔｈｅａｓ－

机械设计手册中关于螺栓预紧力的部分

机械设计手册中关于螺栓预紧力的部分
螺栓预紧力是机械设计中非常重要的一个参数，它直接影响着螺
栓的承载能力和连接件的安全性能。

预紧力的作用是通过施加一定的
拉力使螺栓产生弹性变形，将连接件紧固在一起，在工作过程中抵抗
受力的影响。

在机械设计手册中，通常会详细介绍螺栓预紧力的计算
方法、影响因素以及应用注意事项。

首先，螺栓预紧力的计算方法一般有两种，一种是根据螺栓直径、材料和螺距等参数通过公式计算得出，另一种是根据标准图表查找对
应的数值。

根据计算得出的预紧力大小，可以选择合适的螺栓规格和
材料，确保连接件能够承受设计工况下的受力。

其次，螺栓预紧力受到多种因素的影响，包括螺栓螺纹的摩擦阻力、紧固力矩、螺栓材料的弹性模量等。

在实际计算中，需要考虑这
些因素，并根据具体情况进行合理的调整。

另外，安装过程中要注意
螺栓的预紧力不宜过大，以免导致连接件变形或者螺栓断裂。

最后，螺栓预紧力的应用注意事项包括安装时保持螺栓和螺母的
清洁、润滑，并采取适当的紧固方法，确保预紧力均匀分布。

此外，
在使用过程中要定期检查螺栓连接件的状态，及时发现问题并采取相应的处理措施，确保连接件的安全可靠性。

综上所述，螺栓预紧力是机械设计中至关重要的一个参数，需要根据具体情况进行正确计算和应用。

只有合理确定预紧力大小，并注意相关的影响因素和应用注意事项，才能确保连接件的安全性能和可靠性。

在实际设计和使用过程中，需要严格遵守相关的规范和标准，以确保螺栓连接的质量和可靠性。

螺栓连接预紧力测量技术分析

螺栓连接预紧力测量技术分析省市：湖南省株洲市邮编：412007摘要：在螺栓连接预紧力测量中，工作人员要对不同测量技术有正确认识，明确定性测量技术方式，以及定量测量方式中植入应变片式螺栓预紧力测量技术，植入光纤式螺栓预紧力测量技术的具体优势，从而根据螺栓具体情况，做好测量工作，将测量误差控制在最小范围内。

关键词：螺栓连接；预紧力；测量技术螺栓组经常会被应用在航天器的关键承力部位中，主要目的是实现紧固连接。

在这一过程中，工作人员需要注意，螺栓预紧力控制工作的开展，会在不同程度上对螺栓连接质量产生直接影响。

因此，要对螺栓连接预紧力测量技术进行合理利用，这样可以对螺栓连接预紧力情况进行科学检测与监测，从而及时发现在螺栓连接预紧力中存在的不合理情况。

针对不合理情况可以给出相应解决措施，避免问题影响范围的进一步扩大。

1、螺栓连接预紧力分析紧固件实际上属于通用的基础产品，在我国工业发展中得到广泛应用，航空航天也不例外，紧固件在很多不同航天型号产品中得到普遍应用，比如，应用在运载火箭、卫星飞船中，在具体应用期间会涉及到很多不同环节。

在航天型号产品中使用的紧固连接件，在实际发射与飞行期间，需要承受很多复杂且苛刻的力学环境，与此同时，还要经受其他因素影响，比如，剧烈的高频震动影响、低频震动影响、噪声影响以及冲击载荷影响等[1]。

基于此，在航天型号产品中，对于此类紧固连接件的稳定性、质量以及安全性有着极高要求，如果出现连接失败情况，那么会对产品性能产生严重情况，甚至无法成功完成任务。

航天型号产品使用的紧固连接，具有使用范围广特点、环境多样特点以及承力条件苛刻特点等。

紧固连接可靠性，会受到紧固件自身性能影响，以及装配质量影响。

在实际紧固件的使用装配、过程监控中，仍然存在一定的风险与技术漏洞情况。

在紧固连接中使用较为普遍的就是螺栓连接方式，比如，在航天器发动机等很多关键性承力部位，主要就是利用螺栓组进行紧固连接。

该种方式主要是基于扭拉关系，通过扭矩扳手或者预置式定力扳手方式，实现对拧紧力矩的全面控制，也就是说，能够实现预紧力的控制。

有预应力的螺栓加载分析图文 (2)

带有预紧力的螺栓应力分析第一步定义单元类型如下所示：实体单元solid 186，用来划分整个金属板与螺栓的网格。

目标单元target170 其用来定义接触对，一般选取刚度较大的面为目标单元接触单元conta174 用来定义接触对，一般刚度较小的应用此单元。

如果两个接触面属性相同也分别定义以上两个单元第二步定义实常数KFN=0.1 这是接触刚度选择type3 就是目标单元的实常数。

是两个接触面的属性定义。

在KFN 中选择0.1在重复以上操作定义1、2、3个实常数分别用于三个接触对，在螺栓中，有三个接触面。

第三步定义材料模型弹性模量为2.1e11其泊松比为0.3第四步建立分析模型取其四分之一其模型建立为圆柱体指令如下：在其中分别填入如图示的数据如下图其建模如下图所示：：第五步网格划分网格划分采取的是自由网格划分：选择如下所示指定单元长度网格采取自由网其单元的长度大小选择为0.003在global设置如上：你可以选择0.002 我这就设置为0.003 计算量下点选择所有的体pick all网格划分效果如下图示“第六步建立接触对这是最重要的一部分，在三个接触面上分别建立接触对，选择一个接触面。

在主菜单中选择如下所示的面点击ok选择如图所示再选择选择面上的所有点指令如下：单击ok选择接触对的单元类型与接触对常数，第一个接触对选择定义的实常数1创建接触对的一个接触面单元在选择所有的pick all 在所选择面上的所有点a其定义的接触面单元如下所示：就完成了目标单元创建结果如下再创建目标单元：注意在slect中选择slect everything 在重新开始选择：他选的的为上图选择面的接触对应螺栓面。

选择ok后在选择如图所示面在选择选择面上的所有节点。

：定义接触的单元类型如下图所示：选择接触单元类型174实常数为1创建接触类型如上：结果如上图所示。

这就创建了一个接触对在创建后表面接触对重复以上操作。

但是在是常数选项中选择为R=2，R=3等注意要重新选择所用。

基于数值模拟的螺栓连接预紧力分析

基于数值模拟的螺栓连接预紧力分析摘要：为了对关键螺栓连接提供准确的预紧力，建立了螺栓连接三维有限元模型，对螺栓连接预紧过程进行了模拟仿真,得到了拧紧力矩和预紧力的关系曲线，和传统理论方法得到的曲线吻合较好，说明有限元数值模拟能够准确获得螺栓连接预紧力大小，为关键螺栓连接设计提供了理论依据。

关键词：螺栓连接；拧紧力矩；预紧力；数值模拟1 引言螺栓连结因其易于拆装而广泛应用于机械结构中。

安装时必须拧紧螺母，以使在拉伸螺栓同时压缩被连接部件，这个螺栓预先受到的拉力称为预紧力。

预紧的目的是加强连接的可靠性和紧密性，但预紧力过大会导致螺栓屈服甚至断裂，过小则可能导致被连接部件间松动导致连接失效[1]。

因此，合适的预紧力对螺栓连接非常重要。

在装配过程中，预紧力测量比较困难，通常采用扭矩扳手来调节拧紧力矩。

因此，确定拧紧力矩与预紧力之间的关系对于螺栓连接具有重要意义。

2 拧紧力矩和预紧力的关系由机械设计手册可知[2]，拧紧力矩T和预紧力F0的关系为：T=KFd （1）上式中，d为螺纹的公称直径，mm；K为拧紧力矩系数，对于M10~M64粗牙普通钢制螺栓，K=0.1~0.3，通常取平均值K=0.2。

受接触面摩擦因子和螺纹副参数几何偏差的影响，在T一定时，F0的离散性较高，无法准确预测F0的大小，最大误差可达±40%[3]，对关键螺栓连接的设计影响很大。

因此，本文尝试利用有限元数值模拟预测拧紧力矩T和预紧力F0之间的真实关系，以期获得准确的预紧力大小。

3 有限元数值模拟3.1 有限元分析模型有限元模型包含一个M12x50螺栓、螺母和一个被连接件，它是一个空心圆柱体，其内径13mm，外径39mm，如图1所示。

图1 螺栓连接有限元网格模型考虑到接触分析要求及减少计算时间，采用六面体单元（C3D8R）进行网格划分[4]，整个模型包含15888个单元，18623个节点。

螺栓、螺母材料为42CrMo，弹性模量为206GPa，泊松比均为0.3；被连接部件材料为6082-T6，弹性模量为70GPa，泊松比为0.334。

螺栓预紧力下的应力分析

ａ叶技２０１７年第３０卷第２期
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｆｅｂ．１５．２０１７
协议
・算法及仿真
ｄｏｉ：１０．１６１８０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００７— ７８２０．２０１７．０２．０１７
ｂｏｈｗｉｔｈｌｉｔｔｌｅｓｔｒｅｓｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｅｌｓｅｗｈｅｒｅ；ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖｌｕａｅｏｆｓｔｒｅｓｓ印ｐｅａｒｓｉｎｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｒｅａａｂｅｔｗｅｅｎｂｏｌｔａｎｄ
ｏｆｂｏｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｏｂｔａｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｂｙｅｘｅ￣ｉｎｇＰｒｅｔｉｈｔｇｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｏｎｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｕｓｉｎｇＡＢＡＱＵＳｆｏｒｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅ — ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓｎｅａｒｔｏｔｈｅ

螺栓的应力分析

柴油机缸盖螺栓的应力分析摘要：结合大功率柴油机性能强化的数值计算，在考虑螺纹的基础上建立了气缸盖螺栓的CAD装配体模型；并采用接触分析法对螺栓的应力应变进行了三维有限元计算.对螺栓的疲劳强度进行了校核。

分析结果表明•螺纹受力仍处于弹性变化范围.可采用转角法进一步拧紧。

关键词：螺栓疲劳强度有限元分析转角法弓言：缸盖螺栓是在循环交变应力条件下工作的.是发动机零件强度要求最高的螺栓之一。

螺栓虽小.但由于其儿何形状和载荷条件十分复杂.目前国内对螺栓工作时的应力应变状态的研究还不够。

本文针对螺纹联接件的特点，以潍柴6160型柴油机提升功率为例.对缸盖螺栓的疲劳强度进行了有限元计算校核, 以此来探讨高强度螺栓的计算分析方法，研究螺栓的疲劳应力应变状态。

计算基于以下条件：发动机提升功率后的缸内气体爆发压力由11MPa提高到13MPO：螺栓预紧力矩:丁=650N・m.螺栓规格与材料性能:M27X2、10.9级高强度螺栓, 材料45Cr,抗拉强度o b=1000MPd,屈服极限。

9= 835MPa,公称应力截面积As= 459.2mm2o 疲劳极限。

一1=330MPo。

图1螺栓装配及螺栓联接受力分配图1螺栓预紧力的计算缸盖螺栓的装配见图1所示。

拧紧力矩T使螺栓和被连接件之间产生预紧力Q“拧紧力矩T 等于螺旋副间的摩擦力矩「和螺母环形端而与被连接件支承而间的摩擦阻力矩丁2之和.即T=T I+T2O 螺旋副间的摩擦力矩Ti=Qp • d2/w • tg (P + X),螺母与支承而之间摩擦阻力矩T.= U・ Q P/3 • ( Do3)/( DoA由此可得螺栓预紧力6的计算方法如下：Q P= 2Td^tg( P + X) +0.667 U Do3— do3Do2— do2由此公式可以计算得出缸盖螺拴的预紧力Q P= 126454 No2疲劳强度计算大量实践统计表明.承受交变载荷的螺栓联接80%以上为疲劳破坏［1］。

而缸盖螺栓是在气体爆压等变应力条件下工作的.因此要精确校核其强度必须采用疲劳应力校核。

螺栓预紧力

螺栓预紧力1. 引言螺栓是一种常用的连接元件，用于连接两个或多个零部件。

在工程领域中，螺栓的预紧力是非常重要的，它直接影响着连接的强度和可靠性。

本文将详细介绍螺栓预紧力的概念、作用、计算方法以及对连接性能的影响。

2. 螺栓预紧力的概念螺栓预紧力是指在连接过程中施加到螺栓上的力，使其产生弹性变形，并在零部件之间产生摩擦力和压力。

这种压力可以提高连接的紧密度和刚度，从而增加连接的强度和可靠性。

3. 螺栓预紧力的作用螺栓预紧力具有以下几个作用：3.1 提供摩擦阻力通过施加预紧力，螺栓与母材之间产生摩擦阻力，防止松动和滑动。

这种摩擦阻力可以有效地保持连接处的稳定性。

3.2 增加接触面压力预紧力可以增加螺栓与母材之间的接触面压力，使连接更加紧密。

这有助于分担载荷并提高连接的强度。

3.3 防止松动预紧力可以防止螺栓在振动或负载作用下松动。

通过施加足够的预紧力，可以确保连接处始终保持稳定。

4. 螺栓预紧力的计算方法螺栓预紧力的计算方法主要有两种：根据拉伸法和根据转矩法。

4.1 拉伸法拉伸法是通过测量螺栓伸长量来计算预紧力。

具体步骤如下：1.测量未加载前螺栓的长度；2.加载螺栓，并使其产生弹性变形；3.卸载螺栓，并测量其长度变化；4.计算预紧力，公式为：F = P / A，其中F为预紧力，P为加载时施加到螺栓上的力，A为螺栓截面积。

4.2 转矩法转矩法是通过测量施加在螺母上的扭矩来计算预紧力。

具体步骤如下：1.使用扭矩扳手施加一定的扭矩到螺栓上；2.测量所施加的扭矩；3.根据螺栓的材料和尺寸，使用转矩系数计算预紧力。

5. 螺栓预紧力对连接性能的影响螺栓预紧力对连接性能有重要影响，主要体现在以下几个方面：5.1 强度适当的预紧力可以提高连接的强度，防止松动和滑动。

然而，过大或过小的预紧力都会降低连接的强度。

5.2 寿命适当的预紧力可以延长连接件的使用寿命。

过大或过小的预紧力都会导致螺栓和母材之间产生不均匀应力分布，从而缩短连接件的寿命。

基于螺栓与螺孔非线性接触模型的预紧应力分析研究

设　计　计　算　基于螺栓与螺孔非线性接触模型的预紧应力分析研究钦军伟，刘小华，陈　?（中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室，广东深圳　５１８１７２）摘　要：基于某核电站稳压器人孔法兰螺孔损伤返修的案例，采用有限元分析软件，使用非线性接触单元，计算了人孔法兰螺栓螺孔及增加钢丝螺套预紧后的应力变化，对比了螺栓预紧时的受力状态，分析了其应力分布，为螺栓与螺孔的设计提供科学依据。

关键词：稳压器；螺栓预紧；螺栓应力分布；钢丝螺套中图分类号：ＴＨ４９；ＴＬ３５１；Ｏ３４４．１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－４８３７（２０１８）０９－００３０－０５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４８３７．２０１８．０９．００５ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＰｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇＳｔｒｅｓｓＢａｓｅｄｏｎＮｏｎｌｉｎｅａｒＭｏｄｅｌｆｏｒＣｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎＢｏｌｔａｎｄＴｈｒｅａｄｅｄＨｏｌｅＱＩＮＪｕｎ－ｗｅｉ，ＬＩＵＸｉａｏ－ｈｕａ，ＣＨＥＮＺｈａｏ（ＳａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＳａｆｅｔｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＣｈｉｎａＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８１７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｐａｉｒｃａｓｅｏｆｔｈｅｄａｍａｇｅｄｔｈｒｅａｄｅｄｈｏｌｅｏｆｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｒｍａｎｈｏｌｅｆｌａｎｇｅｉｎａｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅｏｆｂｏｌｔｔｈｒｅａｄｅｄｈｏｌｅｏｆｍａｎｈｏｌｅｆｌａｎｇｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅａｆｔｅｒｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｗｉｔｈａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｔｈｒｅａｄｉｎｓｅｒｔｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｔａｃｔｅｌｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓｕｐｏｎｂｏｌｔｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｂｏｌｔａｎｄｔｈｒｅａｄｅｄｈｏｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｒ；ｂｏｌｔｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ；ｂｏｌｔｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｗｉｒｅｔｈｒｅａｄｉｎｓｅｒｔ０　引言在核压力容器、常规压力容器以及大型机械中，使用螺栓、螺纹盲孔预紧是保证设备密封或紧固的一种常用技术手段。

谈压力容器螺栓法兰连接中螺栓预紧力的理解和应用

螺柱螺母法兰
移，同时保证受载后由于螺栓伸长以及垫片的松弛，垫片与密封面之间还留有足够的压紧力以维持密封。因此，螺栓预紧力的施加与控制就显得十分重要，过大或过小的预紧力都会对密封产生不利影响。螺栓预紧力过大，密封垫片会被压溃而失去弹性，甚至可能会将螺栓拧断；过小的螺栓预紧力又使受压后垫片表面的残余压紧应力达不到＿丁作密封比压，从而导致连接接头泄漏。
袭茹喜香鏖富薯篓羹液压拉伸器控制法也ｓ％瑟及
漓匿 … 紧茎紧力掰大小可由油压控制翥篓兰松弛瓣的影响骡性１甲长量一＿～１ｏ／＾、一磊估器幺。。。一
从ＡＳＭＥＰＣＣ一１．２０１０版开始，附录Ｆ除保留了２０００版中的传统星形螺栓紧固方法外，还给出了５种紧固螺栓的替代方案，包括３种单个］二具紧固的方案（≠ｆ１，≠｝２和 ≠≠３号方案）和２种（≠≠４和撑５号方案）多个工具同时紧固的方案。新的替代方法不是基于先进的安装设备和技术，而是体现了多年来螺栓紧固方法的最新研究成果，这些方法减少了螺栓紧固的复杂性，以更快的速度达到所需的螺栓预紧载荷，既提高了紧固螺栓的效率，又使垫片受力更趋均匀，在某些场合下，替代方法具有更好的紧固效果。但是ＡＳＭＥＰＣＣ．１指出要慎重选用这些替代方法，工程师应对选择的替代方法进行评估，对所安装的螺栓法兰连接系统进行仔细分析，考察替代方法是否更适合所安装的螺栓法兰连接系统。同时，选择替代方法时，还应考虑以下可能产生的问题：垫片局部过载、不均匀紧固导致法兰变形、垫片受力不均、安装过程中垫片过分加载和卸载、安装后法兰面不平行等。同时指出，传统的星形紧固方式仍是目前标准的 “最优 ”方法，这种方法已成功地应用于各种型式垫片的法兰连接中，并在各个工业应用中显示出对防止垫片损坏和减少泄漏事故的重要作用＿４】。

基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用_赵飞云

第42卷增刊原子能科学技术Vol.42,Suppl.　2008年12月Atomic Energy Science and TechnologyDec.2008基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用赵飞云,徐定耿,贺寅彪(上海核工程研究设计院,上海　200233)摘要:本文针对在ANSYS 中建立起来的下泄热交换器下法兰设计载荷下的计算模型,提出一种用初应变法解决下泄热交换器下法兰螺栓预紧力加载的方法。

在螺栓三维梁单元参数中定义梁单元的初应变,等同获得预紧力引起的初始应力场,成功解决计算模型的螺栓预紧力加载问题。

并对下泄热交换器下法兰在设计载荷条件下给出了应力计算分析结果。

关键词:初应变;下法兰;预紧力;应力分析中图分类号:TL434 文献标志码:A 文章编号:100026931(2008)S120548204Application in Pre 2load Approach of BoltsB ased on Initial Strain Theory to Stress AnalysisZHAO Fei 2yun ,XU Ding 2geng ,H E Y in 2biao(S hanghai N uclear Engineering Research and Desi gn I nstitute ,S hanghai 200233,China )Abstract :　In t his paper ,ANS YS software was adopted to carry out t he stress analysis of lower flange of heat exchanger under design loads.Initial st rain t heory of beam element was exclusively used to solve t he problem applying p re 2load force to t he bot s on t he st ruct ure.Stress analysis was performed in accordance wit h relative requirement s in t his paper.The result shows t hat t he stress values of t he lower flange meet t he requirement s in ASM E B &PV code.K ey w ords :initial st rain ;lower flange ;pre 2load force ;st ress analysis收稿日期:2008208215;修回日期:2008211230作者简介:赵飞云(1979—),男,上海人,工程师,硕士研究生,反应堆结构力学专业在ANS YS 建立的下泄热交换器下法兰设计载荷(螺栓预紧力载荷和设计压力载荷)下的计算模型中,螺栓连接下法兰与上法兰,在下封头底部施加位移边界条件。

螺栓预紧力的方法、拧紧力矩（N.m）、螺栓预紧力推荐

螺纹一般拧紧力矩（N.m）
螺纹直径/mm
螺栓强度级别
4.6
5.6
6.6
10.9
M6
3.43
4.51
5.10
11.37
M8
8.23
10.98
12.35
27.54
M10
16.37
12.05
24.5
54.9
M12
28.4
38.2
43.1
95.1
M14
45.1
60.8
68.6
147
M16
70.6
94.1
106.8
22065
2250
M90
130
10591
1080
16181
1650
24517
2500
M100
145
13729
1400
20104
2500
M110
155
16377
1670
25007
2550
M120
175
19907
2030
29910
3050
M125
180
注：表中数值为最大力矩值，建议锁紧力矩值为：表中数据×（70~80）% 。
120
M27
41
441
45
637
65
1030
105
1472
150
1765
180
M30
46
588
60
883
90
1226
125
1962
200
2354
240
M33
50
735
75
1128

【干货】基于Workbench的螺栓螺钉预紧力仿真及螺栓强度校核的方法

【干货】基于Workbench的螺栓螺钉预紧力仿真及螺栓强度校核的方法1、概述如图示，使用M3螺钉紧固结构件，中间为平垫和弹垫，其中弹垫为压缩状态。

给M3螺钉施加预紧力，提出使用剪切应变能学说结合workbench仿真结果对螺栓的最适预紧力进行确定。

结合做过的项目，主要介绍：1）如何施加预紧力，施加的过程中应注意哪些问题；2）螺钉仿真结果如何进行评价。

图12、仿真过程Proe建模导入Workbench，输入材料属性，包括弹性模量、泊松比，密度。

其中；螺栓材料为不锈钢，弹簧垫片材料为不锈钢，平垫材料为弹簧钢65MN；结构件材料为铝合金2A12-T4。

进入geometry几何界面，对模型进行如下处理：由于预紧力不能施加螺纹连接处，也就是后面的bonded部分，需要将螺钉使用slice切分为三部分（螺帽、螺纹部分、中间通孔螺钉部分），slice通过建立相关的plane或者face进行切分，这里不再详写。

进入分析界面，赋予相关结构件材料属性；系统默认均为bonded接触，除了螺纹连接处，其他接触对均改为Frictional接触，摩擦系数设置为0.2。

网格划分时，需要注意将螺钉中间通孔螺钉轴向部分至少保证两层网格，这是因为在该部分进行预紧力施加时，预紧节点需要，见图3所示。

本文选用bonded接触来模拟螺纹之间的连接关系，若具体建立螺纹副，网格量太大，若是你想对螺纹副的具体受力情况进行研究，可以模拟，但是该部分工作已有很多前辈进行了研究，已经属于成熟已知技术，建议翻阅论文即可，若是工程需要且结合具体外载荷对螺纹的强度进行校核，考虑到计算量及精度，bonded接触足够用了。

图2图3建立局部坐标系：以中间通孔螺钉为载体，进行局部坐标系建立，一定要注意，Z轴在螺钉轴向方向，施加预紧力需要，见图2。

施加载荷：结构件2底面施加固定约束，选择bolt pretention，选中中间通孔螺钉部分进行预紧力施加，坐标系更改为刚建立的局部坐标系。

塔式起重机螺栓连接的预紧力及应用方法

1、受拉螺栓的预紧⼒与外⼒间的关系若将螺母充分拧紧，则螺母在螺栓的轴线⽅向前进了h，必然会使螺栓受到预紧⼒⽽使板受到压⼒，假定沿板间将螺栓切断，⽤P代表预紧⼒，T代表板间的挤压⼒，由平衡条件得到P=T，即预紧⼒与挤压⼒相等，此时螺栓杆的伸长Δl1，板的挤压变形量为，若以E1和A1代表螺栓杆的弹性模量和截⾯积，E2和A2代表板的弹性模量和截⾯积。

（1）当外⼒N作⽤时，由于此⼒并不直接加在螺栓上，⽽是加在被连板上，因⽽将被连件趋于分开，压缩变形减⼩，减少了板间的挤压⼒，使挤压⼒由减⼩为，此时由平衡条件有：外⼒N继续增加，当加⼤到板间原来的压缩变形完全消失=0，板间的挤压⼒也随之消失，与之平衡的预紧⼒也随之消失。

但并不意味着螺栓不承受拉⼒，反之，当板间的压缩变形完全消失后，螺栓相应被拉长了，使螺栓拉长的⼒的增量。

（2）⼀般情况下，E1和E2近似相等，但连接件的⾯积⽐螺杆的截⾯积A1⼤得多，假设E1=E2，A2=10A1，代⼊（2）式ΔP=0.1P. 由以上分析可知，拉⼒螺栓连接必须施加预紧⼒，被连接件受到挤压，当承受外⼒时，连接件间的挤压⼒随外⼒增⼤⽽减⼩，预紧⼒也减⼩。

当外⼒加⼤到使两连接件刚好分开时预紧⼒减⼩为零，螺栓所受的拉⼒将⼤于原来静连接时施加的预紧⼒。

2、⾼强度螺栓连接的特点⾼强度螺栓的杆⾝采⽤经过热处理的45号钢或合结钢，其性能等级为8.8级、10.9级或更⾼。

螺母和垫圈为相应性能等级的钢材制成，安装时要求将螺栓拧得很紧，取得很⼤的预紧⼒，将构件接触⾯压紧。

摩擦型的⾼强度螺栓完全依靠接触⾯间的摩擦⼒来传递剪⼒，并以出现滑移为承载能⼒的极限状态。

承压型的⾼强度螺栓以连接失效为承载能⼒的极限状态，并以出现滑移为正常⼯作的极限状态。

所施加的预紧⼒⼀般为螺栓材料净截⾯积与屈服极限乘积的0.7倍，所选⽤的⼯作拉⼒应⼩于预紧⼒，以使构件接触⾯间仍有残余预紧⼒，保证正常⼯作的可靠性。

3、塔机塔⾝标准节套管连接螺栓塔⾝标准节为主要受⼒构件，⼯作时承受轴⼒、弯矩及扭矩。

螺栓预紧力和拉力

螺栓预紧力和拉力螺栓预紧力和拉力是机械连接中常用的两个概念，它们在确保连接的强度和可靠性方面起着重要的作用。

本文将介绍螺栓预紧力和拉力的概念、作用以及计算方法，以帮助读者更好地理解和应用这两个概念。

一、螺栓预紧力的概念和作用螺栓预紧力是指在紧固螺栓之前施加在螺栓上的力，它的作用是通过产生摩擦力和压力，将连接的零件紧密地固定在一起。

螺栓预紧力可以提高连接的刚度和强度，减少松动和振动，从而保证连接的可靠性和安全性。

螺栓预紧力的大小取决于连接的材料性质、设计要求和工作环境等因素。

一般来说，螺栓预紧力应该使连接的零件之间产生一定的压力，以保证连接不会松动或失效。

过小的预紧力可能导致连接松动，过大的预紧力则可能造成零件的变形或破坏。

二、螺栓拉力的概念和计算方法螺栓拉力是指螺栓在紧固过程中所受到的拉伸力，它是产生螺栓预紧力的关键因素。

螺栓拉力的大小取决于施加在螺栓上的力和螺纹的摩擦力。

螺栓拉力的计算方法一般有两种：一种是根据施加在螺栓上的力和摩擦系数来计算；另一种是根据螺栓的拉伸量和弹性模量来计算。

根据施加在螺栓上的力和摩擦系数来计算螺栓拉力的方法比较简单，可以用下面的公式表示：拉力 = 预紧力 / 摩擦系数根据螺栓的拉伸量和弹性模量来计算螺栓拉力的方法更为准确，可以用下面的公式表示：拉力 = 断面面积 * 应力= π * (螺栓直径/ 2)² * 弹性模量 * 拉伸量需要注意的是，螺栓拉力的计算中，应该考虑到螺栓的摩擦系数、弹性模量和拉伸量等因素，以获得更准确的结果。

三、螺栓预紧力和拉力的应用螺栓预紧力和拉力在机械连接中有广泛的应用，特别是在工程结构和重要设备上。

通过正确地施加螺栓预紧力和控制螺栓拉力，可以保证连接的强度和稳定性，防止松动和振动，从而提高设备的安全性和可靠性。

在实际应用中，螺栓预紧力和拉力的计算和控制是非常重要的。

合理的预紧力可以保证连接的刚度和强度，而过大或过小的预紧力都可能导致连接的失效。

螺纹预紧力

螺纹预紧力螺纹预紧力是指在螺纹连接中施加的用于保持螺纹接合面间紧密接触的力。

螺纹连接是一种常用的机械连接方式，广泛应用于各个领域，如机械工程、航空航天、汽车制造等。

在螺纹连接中，预紧力的大小对于连接性能和可靠性有着重要的影响。

螺纹预紧力的作用是通过拉伸螺纹连接的零件，使其产生弹性变形，从而产生一定的压力，使螺纹连接的接合面之间产生摩擦，提高连接的紧密度。

预紧力能够消除螺纹连接中的间隙，防止松动和滑动，增加连接的承载能力和刚度，提高连接的可靠性和安全性。

螺纹预紧力的大小直接影响着螺纹连接的性能。

如果预紧力过小，连接面之间的间隙无法完全消除，导致连接紧密度不高，容易产生松动和滑动，使连接失效。

如果预紧力过大，可能会导致螺纹连接的零件过度变形或受力过大，造成螺纹损坏或断裂。

因此，合理确定螺纹预紧力是确保螺纹连接正常工作的关键。

确定螺纹预紧力的方法有多种，常见的有经验法、试验法和计算法。

经验法是根据经验或类似连接的实际情况来确定预紧力的大小，适用于一些简单的连接。

试验法是通过试验测量螺纹连接的紧固力矩或伸长量，来确定预紧力的大小。

计算法是根据连接的载荷、材料性能和连接参数等，通过计算来确定预紧力的大小，是一种较为科学和准确的方法。

在确定螺纹预紧力时，需要考虑连接的载荷、材料的特性和连接参数等因素。

连接的载荷是指连接所受到的外部力或力矩，不同的载荷对预紧力的要求也不同。

材料的特性包括材料的强度、弹性模量等，不同的材料对预紧力的要求也不同。

连接参数包括螺纹的类型、尺寸和摩擦系数等，不同的连接参数也会对预紧力的要求产生影响。

在实际应用中，为了确保螺纹连接的可靠性和安全性，通常会采用一定的安全系数来确定预紧力的大小。

安全系数是指在实际使用中，预紧力要大于实际所需的力的倍数，以保证连接的可靠性和安全性。

根据不同的应用要求和连接条件，安全系数的选取也会有所不同。

螺纹预紧力是螺纹连接中一个重要的参数，对于连接的可靠性和安全性有着重要的影响。

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变法解决下泄热交换器下法兰螺栓预紧力加载的方法。在螺栓三维梁单元参数中定义梁单元的初应
变，等同获得预紧力引起的初始应力场，成功解决计算模型的螺栓预紧力加载问题。并对下泄热交换器
下法兰在设计载荷条件下给出了应力计算分析结果。
关键词：初应变，下法兰；预紧力；应力分析
中图分类号：ＴＬ４３４
文献标志码：Ａ
文章编号：ｉ０００—６９３１（２００８）ＳＩ一０５４８—０４
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＰｒｅ－ｌｏａｄＡｐｐｒｏａｃｈｏｆＢｏｌｔｓＢａｓｅｄｏｎＩｎｉｔｉａｌＳｔｒａｉｎＴｈｅｏｒｙｔｏＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓ
ＺＨＡ０Ｆｅｉ－ｙｕｎ，ＸＵＤｉｎｇ－ｇｅｎｇ，ＨＥＹｉｎ－ｂｉａｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）
常规方法是把螺栓梁单元的某处截面截断，再加载预紧力。对此计算模型，按常规方法做会使得螺栓连接的上法兰和简体失去位移边界条件，计算获得的螺栓正应力值会出现错误结果。
本文针对ＡＮＳＹＳ螺栓预紧力加载过程中出现的问题，提出用初应变法，即在螺栓三维梁
收稿日期：２００８—０８—１５，修回日期：２００８—１１—３０作者简介：赵飞云（１９７９～），男，上海人，工程师，硕士研究生，反应堆结构力学专业
￡。定义在三维梁单元参数中，在无载荷条件下
通过ＡＮＳＹＳ有限元分析获得计算后的螺栓
实际产生的正应变值￡７，。根据线性关系，可
获得梁单元的初应变值ｅ。一ｅ｝／Ｅ’。。具体计算
如下。
螺栓预紧力Ｆ＝１．８３×１０６Ｎ，作用螺栓等
效的轴向正应变值ｅ。为：
ｆ－，＝一＝—————————————————————＇Ｆ
万方数据
增刊赵飞云等：基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用
５５１
１５２．５６１
１２８．６３７
；乱
套１０４．７１３
长
／
·．／ｊ丞８０．７８９５６．８６５
表４应力评定结果Ｔａｂｌｅ４Ｓｔｒｅｓｓｅｖａｌｎａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ
表３薄膜＋弯曲应力值Ｔａｂｌｅ３Ｓｔｒｅｓｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆ口｜Ｌ＋以
根据评定要求，选择下法兰作为评定对象，对其进行应力分析。选取截面１和截面２作为评定截面位置，如图２所示。２．２载荷条件
１）螺栓预紧力载荷按ＡＳＭＥＩ附录ＸＩ一３２００计算螺栓预紧力载荷。针对不锈钢垫片材料，计算螺栓（Ｍ２４× ３００）预紧力载荷为１．８３×１０６Ｎ。常规的ＡＮＳＹＳ中三维梁单元上施加预紧力方法（ＰＳＭＥＳＨ命令和ＳＬＯＡＤ命令）是把螺栓梁单元的某处截面截断，再加载需要的预紧力。对于本文计算模型，这样就会使得螺栓连接的上法兰和筒体变成自由，失去位移边界条件。计算下泄热交换器下法兰模型在设计载荷下的应力值时，会出现错误结果。在螺栓三维梁单
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｉｔｉａｌｓｔｒａｉｎ；ｌｏｗｅｒｆｌａｎｇｅ；ｐｒｅ－ｌｏａｄｆｏｒｃｅ；ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ
在ＡＮＳＹＳ建立的下泄热交换器下法兰设计载荷（螺栓预紧力载荷和设计压力载荷）下的计算模型中，螺栓连接下法兰与上法兰，在下封头底部施加位移边界条件。在计算中发现，常规加载三维梁单元的螺栓预紧力方法（ＰＳＭＥＳＨ命令和ＳＬＯＡＤ命令）未能解决此计算模型中的螺栓预紧力加载问题。
Ｔａｂｌｅ１
裘１材料在２５０℃时力学性能参数Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒ２５０℃
注；Ｓ，为材料屈服强度｝ｓ。为材料抗拉强度Ｉｓ为许用应力，按ＡＳＭＥＢＰＶＣ－ｌＩ一２００１材料Ｄ篇性能，附录１１—１００规定取值
万方数据
图１有限元模型Ｆｉｇ．１Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ左图为有限元模型正视结构，右图为剖面模型结构
第４２卷增刊２００８年１２月
原子能科学技术
ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．４２，Ｓｕｐｐｌ．Ｄｅｅ．２００８
基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用
赵飞云，徐定耿，贺寅彪
（上海核Ｔ程研究设计院，上海２００２３３）
摘要：本文针对在ＡＮＳＹＳ中建立起来的下泄热交换器下法兰设计载荷下的计算模型，提出一种用初应
万方数据
增刊赵飞云等：基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用
５４９
单元参数定义中先定义三维梁单元的初应变，等同获得预紧力引起的初始应力场，以期解决计算模型的螺栓预紧力加载问题。并给出下泄热交换器下法兰在设计载荷条件下应力计算分析结果。
ｌ输入参数１．１结构
下泄热交换器为Ｕ型管壳式换热器、立式裙座支承。
１．８３Ｘ１０ｓ
”
３２ＡＥ３２×３３８×２×１０５
＝８．４６×１０一‘
无载荷条件下ＡＮＳＹＳ有限元计算获得螺
栓上的轴向正应变值为：
ｅ７１＝３．３４×１０—４
ｅ。＝要一等瓣一ｚ．１４梁单元初应变为：
￡ｏ５石一１ｊ孬矿２乙Ｘ１０ｑ
２）设计压力载荷管侧压力４．０ＭＰａ，壳侧压力１．０ＭＰａ。
该交换器由上下法兰、封头、简体、管板和裙座等组成。下法兰下接下封头，其法兰面通过３２个螺栓与管板和上法兰相连。１．２材料参数
材料在工作温度（２５０℃）下的机械性能参数如表１所列。
２有限元模型和载荷条件
２．１有限元模型用ＡＮＳＹＳ程序中的三维梁单元（ＢＥＡＭ４）
和体单元（ＳＯＬＩＤ４５）对下法兰与下法兰相连的部件（下封头、管板、上法兰和法兰螺栓）建立有限元计算模型。其中，螺栓采用三维梁单元模拟，管板、上下法兰、筒体和下封头采用体单元模拟。所建模型如图１所示。
３）该方法可在计算机上对反应堆压力容器或其它承压容器的螺栓拉伸机预紧过程设计程序，作仿真虚拟试验。
万方数据
３评定标准依据ＡＳＭＥ第Ⅲ卷ＮＤ分卷表ＮＤ－３３２１—１
得到设计载荷下的应力限制。下泄热交换器下法兰在设计载荷下的应力限制列于表２。
图３设计压力载荷下的薄膜＋弯曲应力云图Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆ九＋巩ｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇｎｌｏａｄｓ
山矗
至＼Ｒ
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规范要求，评定时不考虑应力集中效应。图３为下法兰在设计载荷下的薄膜＋弯曲应力云图。图４、５分别示出下法兰的截面１和截面２的应力计算结果。
元参数中定义梁单元的初应变可以等效于螺栓
的预紧力，从而解决了法兰内部一种自平衡的
螺栓预紧力问题。
对于梁单元初应变ｅ。的获得，本文先把螺
栓预紧力作用在螺栓上产生的轴向正应变值
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔＯｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｗｅｒｆｌａｎｇｅｏｆｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇｎｌｏａｄｓ．Ｉｎｉｔｉａｌｓｔｒａｉｎｔｈｅｏｒｙｏｆｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍａｐｐｌｙｉｎｇｐｒｅ－ｌｏａｄｆｏｒｃｅｔｏｔｈｅｂｏｔｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｒｅｌａｔｉｖｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｆｌａｎｇｅｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎＡＳＭＥＢ＆ＰＶｃｏｄｅ．
ｔ
图４截面１的各类最大主应力沿截面的变化Ｆｉｇ．４Ｍａｘｉｍｕｍｐｒｉｎｃｉｐａｌｓｔｒｅｓｓｆｏｒｓｅｃｔｉｏｎ１
１——薄膜应力；２——薄膜＋弯曲应力
下法兰评定截面的各个部分最大应力值列于表３。对表中各项加以对比可知，截面２的外壁处应力值最大，最大值为１５２．５ＭＰａ。表４为各应力评定截面在设计压力和螺栓预紧力载荷作用下的应力评定结果。由表４可见，分析计算求得的应力值均大于规定的应力限值。
５５０
原子能科学技术
第４２卷
表２设计载荷下应力限制Ｔａｂｌｅ２Ｓｔｒｅｓｓｌｉｍｉｔｓｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇｎｌｏａｄｓ
注ｔＯ＇ｍ，总体薄膜应力ＣＹＬ，局部薄膜应力ｉＯ＇ｂ，弯曲应力
图２模型评定部位
Ｆｉｇ．２Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅ！
４计算结果和评定因法兰结构不连续导致的应力集中，按照
位置
薄膜＋弯曲应力值／ＭＰａ
截面１
截面２
５结论１）本文提出采用初应变法解决下泄热交
换器下法兰螺栓预紧力等效加载的方法，即在螺栓梁单元参数中定义梁单元的初应变，等同获得螺栓预紧力引起的初始应力场，从而解决计算模型的螺栓预紧力加载问题。
２）螺栓预紧力初应交加载方法，同时已在一回路辅助系统轴封注水过滤器设备应力分析中得到应用，并为以后类似结构计算模型提供了一种新的可行解决方法。