螺栓连接结构强度与刚度评定
螺栓连接结构强度与刚度评定
螺栓连接结构的强度与刚度评定是机械设计中的重要环节。本文将从螺栓连接计算常用规范（VDI 2230）入手，详细阐述变形与刚度、应力与强度的计算方法，并介绍四种强度评定工具。此外，还将介绍螺栓后处理工具的使用方法。
1、螺栓连接计算常用规范（VDI 2230）
目前，机械设计教材中介绍的螺栓联接设计计算方法在我国仍 旧是使用最广的. VDI 2230准则主要包括两部分，第一部分为单 螺栓联接系统计算;第二部分为多螺栓联接系统计算。
2、变形与刚度
变形分为总体变形和变形 分量，总体变形不能在自 定义坐标系显示，变形分 量可以在自定义坐标系显示。
变形=弹性变形+刚体运动量，即在静力学中，变形=弹性 变形，在动力学中，由于刚体运动远远大于弹性变形，则变 形基本等于了刚体运动，也就是在动力学计算中，变形量较 大的原因。
此外 ，变形是结构刚度的指标，载荷相同的情况下，变形 越大，刚度越小；变形越小，刚度越大。
3、应力与强度
通过用户定义的本构关系，由应变 可以得到应力，通过应力参数来判断 结构强度。
Equivalent(von-Mises)-等效应力
σ1 – Maximum Principal σ2 – Middle Principal
σ3 – Minimum Principal
主应力具有应力不变性和客观性， 即主应力的大小不依赖于观察的坐标 系。因此，目前的强度理论都是基于 主应力获得的。
Maximum Shear-最大剪切应力，由 第1主应力和第3主应力获得。
Intensity-应力强度。
Normal-三个方向的正应力； Shear-三个方向的剪切应力1
这六个应力和选择的观察坐标系有关， 因此用户可以在自定义坐标系下显示。
Vector Principal-主应力矢量，正值向外，负值向内。
Membrane Stress-薄膜应力
Bending Stress-弯曲应力
4、强度评定工具
1）程序为结构强度评估提供了四个 工具，即基于四个强度理论判断 结构强度是否满足设计需要。
这四个强度理论都是基于连续介 质理论，因此不能判断结构中存 在裂纹情况的强度。
2）最大等效应力安全工具（ Maximum Equivalent Stress Safety Tool）
该理论认为当材料的最大等效应力超过材料的限制应力后，材料就会发生失效：
Workbench安全工具中可以输出：
安全系数：
系数大于1，表示结构是安全的
剩余安全系数
系数大于0，表示结构是安全的
应力比：
系数小于1，表示结构是安全的
3）最大剪切应力安全工具（ Maximum Shear Stress Safety Tool）
该理论认为当材料的最大剪切应力超过材料的限制应力后，材料就会发生失效：
Workbench安全工具中可以输出：
安全系数：
系数大于1，表示结构是安全的
剩余安全系数
系数大于0，表示结构是安全的
应力比：
系数小于1，表示结构是安全的
4）摩尔-库伦安全工具（ Mohr-Coulomb Stress Safety Tool）
该理论认为当材料失效由第一主应力与材料拉伸限制应力比值和第三主应力与材料压缩 限制应力比值共同决定，其表达式为
Workbench安全工具中可以输出：
安全系数：
系数大于1，表示结构是安全的
剩余安全系数
系数大于0，表示结构是安全的
应力比：
系数小于1，表示结构是安全的
5）最大拉伸应力安全工具（ Maximum Tensile Stress Safety Tool）
该理论认为当材料的最大拉伸应力超过材料的限制应力后，材料就会发生失效：
Workbench安全工具中可以输出： 安全系数：
系数大于1，表示结构是安全的
剩余安全系数
系数大于0，表示结构是安全的
应力比：
系数小于1，表示结构是安全的
5、螺栓后处理工具
该后处理，有两个选项：
-Adjustment 螺栓收缩量，如果计算中给定的是预紧载荷，则 在后处理中可以观察到，施加的预紧力对应的收缩量；
-Working Load 螺栓工作载荷，即锁定螺栓或，为了保证给定 的收缩量，对应的螺栓预紧载荷。