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第一篇螺栓连接:螺栓连接设置
掌握两种快速设置接触的方法
1 通过快速查找接触对进行属性的设置
2 通过通用接触再细化接触选项
分析设置
1 导入几何模型
2.1 通过查找接触对进行接触设置
2.1.1对于螺栓与螺母
2.1.2对于其余的接触部分
2.2 通过通用接触进行设置
2.2.1对于螺栓与螺母
参照上面的进行设置
2.2.2对于其余的接触部分
3 施加边界条件
对于1/4的模型，早对称面上要有对称关系（新建坐标系）
对于螺栓的预紧力，要事先切割出平面，方便加载力值
4 结果
第二篇螺栓连接:普通螺栓连接的相关知识大汇总
一、普通螺栓的连接构造
普通螺栓的分类
螺栓的规格与表示
钢结构一般选用C级（粗制）六角螺母螺栓，标识用M和工程直径（mm）表示，例如M16、M20等。
1. 螺栓的排列和构造
螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。
排列的方式通常分为并列和错列两种形式。
并列——简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大。
错列——可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
螺栓排列应考虑如下要求：
（1）受力要求
在垂直于受力方向：对于受拉构件，各排螺栓的栓距及边距不能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响，且使钢板的截面削弱过多，降低其承载能力。
平行于受力方向：端距应按被连接钢板抗挤压及抗剪切等强度条件确定，以便钢板在端部不致被螺栓冲剪撕裂，规范规定端距不应小于2d0；
受压构件上的栓距不宜过大，否则在被连接板件间容易发生鼓曲现象。线距不宜过小，否则在错列排列中构件有沿折线破坏的可能性。
（2）构造要求
当栓距和线距过大时， 被连接构件间的接触面不紧密，潮气容易侵入缝隙，引起钢板锈蚀，因而栓距和线距都不能过大。
（3）施工要求
要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。因此规范规定了螺栓的最小容许间距。
二、受力性能与计算
1、受力分类
螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力，拉力螺栓靠螺栓受拉，有时普通螺栓同时受剪、受拉。
2、受剪连接的工作性能
螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上a、b两点之间的相对位移δ与作用力N的关系曲线。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：
（1）摩擦传力的弹性阶段
在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在N-δ图上呈现出0，1斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。
（2）滑移阶段 当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于N-δ曲线上的1，2水平段。
（3）栓杆传力的弹性阶段 荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以N-δ曲线呈上升状态。达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。
（4）受剪螺栓连接达到极限承载力，直至破坏 。
3、受剪连接
受力性能与破坏形式
五种破坏形式
(1)栓杆被剪断
(2)板件被挤压破坏
(3)构件被拉断破坏
(4)构件端部被冲剪破坏
（6）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏
（7）栓杆双剪破坏
上述第④ 种破坏形式由螺栓端距l1≥2d。保证；第③种破坏属于构件的强度验算。因此，普通螺栓的受剪连接只考虑①、②两种破坏形式。
剪力螺栓受力情况
剪力螺栓受力后，当外力不大时，由构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。
当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。
单个受剪螺栓的承载力计算
螺栓抗剪：
孔壁承压：
最大承载力：
普通螺栓群受剪连接计算
1、普通螺栓群轴心受剪受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数β，当l1≥15d0时：
（2）普通螺栓群偏心受剪
力F作用下每个螺栓平均受力，则
栓群在扭矩T=Fe作用下，每个螺栓均受剪，按弹性设计法计算的基本假设如下：
① 连接件绝对刚性, 螺栓弹性；
② 连接板件绕栓群形心转动，各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离ri成正比，方向则与它和形心的连线垂直。
“1”号螺栓距形心最远，因此，其所受剪力最大。
计算公式推导如下：
设各螺栓至螺栓群形心O的距离为r1 、r2 、r3 …，rn，各螺栓承受的分力分别为N1T、 N2T、N3T …， NnT，根据平衡条件得：
2.受拉螺栓连接受力性能与承载力
普通螺栓受拉的工作性能 沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平板件传递。若与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到撬力的附加作用，杆力增加到：Nt=N+Q
规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%来考虑撬力影响。例如4.6级普通螺栓（3号钢做成），取抗拉强度设计值为：
采取构造措施加强连接的刚度，如设加劲肋。
1、单个普通螺栓的受拉承载力
普通螺栓群受拉
2、栓群轴心受拉
图示栓群轴心受拉，由于垂直于连接板的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受拉，则连接所需的螺栓数为：
3、栓群偏心受拉
螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力N和弯知M=N·e的联合作用。按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。
（1）小偏心受拉
当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力N由各螺栓均匀承受；弯矩M则引起以螺栓群形心O为中和轴的三角形内力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公式如下（yi均自O点算起）：
（2）大偏心受拉
当偏心较大时，应假定旋转中心在弯矩M指向的最外一排螺栓轴线处，按大偏心情况计算：
当无轴心力N只有弯矩M作用
是特例，属于大偏心的情况，应照上式验算。
4、拉剪共同作用螺栓连接计算
同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。
规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：
对于C级（4.6级）螺栓，一般不容许受剪（承受静力荷载的次要连接或临时安装连接除外）。此时可设承托板承受剪力，螺栓只承受弯矩M产生的拉力。承托与柱翼缘采用角焊缝连接，按下式计算：
第三篇螺栓连接:螺栓连接技术（文章很好，很全面）
1 设计目的
– clampload 夹紧力
·Design calculations are based onachieving design clamp load
·When clamp load is achieved, thejoint has structural integrity
·Over torque conditions placeincreased residual stresses in the bolt and the joint may fail when itexperiences external forces
– friction 摩擦系数防松
·There needs to be enough frictionin the joint to prevent the joint from ‘relaxing’(loosing clamp load)
2 设计原则
1. For all high strength joints the bolt should always be the weakest partduring tightening: Thus, the thread engagement length (TEL)must be at least:
MaxHardness Vickers of the bolt
TEL> 0.55 --------------------------------------------------------------d,
Min Hardness Vickers of the internalthread
where d isthe thread diameter.
2. In order to have a joint less sensitive tosettlement the clamping length divided by the screw thread diameter must always be larger than 1 (Lc/d>1);
3. The target value for the clamping force should in torque tightenedjoints be 55% of the ultimate bolt fracture load;
4. In yield point tightened joints the permanent screw elongation shall be0.14±0.12mm;
5. The resultant assembly friction coefficient must always be between 0.10 to 0.20;
6. In a dynamic high strength join the stiffness of the bolt must not bemore than 33% of the base stiffness. Or, else there is a risk for fatigue failure of the bolt if the settling is extensive;
7. Grade 12.9 screws must not be used;
8.Standard torque GB1231 shall be used;
9.Withthread forming screws the fracture torque of the joint must always be more than three times the thread forming torque;
10.Design for assembly must always be considered.
11...
3 设计考虑因数
功能，安装，几何，材料，强度等级，表面摩擦，拧紧力矩，拧紧工具
4 连接类型
动态与静态连接
1)Staticor position critical joint.Used when thejoint is exposed to an external load less than once a minute, for example safety belt attachment.Specified as “S”;
2)Dynamicor clamp load critical joint.Used when the joint is exposed to an external load more often than once aminute, for example chassis joints. Specified as “D”;
3)Semidynamic.Used when the joint is something in-between a static and a dynamic highstrength joint. Specified as “U”;
4)Threadforming joint.Joints where the bolt is thread forming, for example ground connections.Specified as “TF”.
硬连接与软连接
螺栓打紧方法
扭矩法，转角法，扭矩斜率法
5 设计步骤
1.Measure the clamping length and start with a certain screw diameterso that the joint becomes as “springlook alike” as possible
2.Estimate the external load and calculate theclamping forceneeded to secure the joint
3.Calculate what screwdimension and steel grade thatgenerate this clamping force witha standard torque.
4.After you have analyzed the scatter inassemblyfriction, set suitable assembly method.5.If torque controlled assembly is notsufficient investigate the possibility for yield point tightening.
6.Estimate the relaxation/settlement of thejoint andif needed update the design.
7.Analyze the consequence class of the joint.
6 螺栓连接与受力分析
7 扭矩，摩擦系数与夹紧力
非常重要的夹紧力来源比例： 50-40-10
影响夹紧力的因数
8 扭矩曲线
9 扭矩衰减
1assembly torque /2relaxation /3settling /4Inspection time /5tolerance zone
6inspection torque /7lower control limit –LCL
U/LSL: 图纸上规定的保证产品功能的扭矩公差范围；
装配扭矩：Target± 15%；一般与图纸规定相同；
U/LIL： 扭矩检查范围, 由实际测量情况确定；±3 sigma of measured normal
一般公差为 25%Target左右（硬连接）
LCL= LIL 0,125 x (UIL - LIL), Normally 81.5% of target / tightened Torque
10 扭矩测量
Two types of torque measurements
–Dynamic (while fastener isspinning)
·Dynamic is how much torque isapplied through the spinning gun head
–Static (after fastener hasstopped moving)
·Static is the torque required toslightly turn the joint after the joint has it has been secured with a nutrunner
measuring conditions
-Unloadedjoint
-Roomtemperature
-Timefrom assembly to inspection ≦30minutes
-Continued tightening <5º
measuring accuracy
–torque wrench ± 25%
–turn of nut ± 15%
–load washer ± 10%
–bolt elongation ± 5%
–straingauge ± 1%
11 失效模式分析
常见失效模式：
断裂：强度不足，延迟断裂，过载，疲劳，摩擦系数低
滑牙：硬度偏低，螺牙斜牙，脱碳，摩擦系数低
伸长：摩擦系数低，硬度偏低，硬度偏低
松动：扭矩不足，轴力不足，结构不合理，挤压下陷，振动
弯曲：扭矩不足，轴力不足，受冲击力
人： 未遵守操作规范
机： 拧紧系统问题，设定错误，拧紧枪套筒磨损
料： 螺纹错扣，夹杂质，批次变差大，摩擦系数变化
法： 扭矩值规范错误，拧紧系统错误，测量系统错误
环： 湿度大，温度高/低。。。
Mostcommon reason tighten NOK issues:
- Friction coefficient variation
- Batches variation-Contaminanted
- High Temperature and Humidity
利用扭矩曲线分析螺栓失效模式，如下图：
检查打紧过程的扭矩曲线记录，可以初步判断可能原因：
- No prevailing torque features
- Low friction
- Patchin the wrong position
螺栓打紧PFMEA 举例
转载自汽车智库
