螺栓与有限元：基于ANSYS螺栓松动对比计算

仿真秀优秀讲师

在螺栓都会标有数字，你知道这些数字的含义吗？简单讲，这些数字表示了螺栓的等级。钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级。 

• 8.8级及以上螺栓通称为高强度螺栓，这类螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火）

• 其余通称为普通螺栓螺栓性能等级标 有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值 

如4.8级螺栓，其含义为: 

• 螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级； 

• 螺栓材质的屈强比值为0.8； 

• 螺栓材质的公称屈服强度为400X0.8=320MPa。

如10.9级螺栓，其含义为: 

• 螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 

• 螺栓材质的屈强比值为0.9； 

• 螺栓材质的公称屈服强度为1000X0.9=900MPa。 

用户根据上述参数和螺栓的实际受载情况，就可以评估螺栓是否满足强度要求，可以指导用户对螺栓进行选配。接下来我们学习一下螺栓扭矩与预紧力的关系。 螺栓扭矩与预紧力的关系 螺栓连接是机械部件之间的一种主要连接方法。在基于有限元软件，对螺栓连接结构进行计算时，需要输入螺栓预紧力，但是实际螺栓连接时，一般会告知其安装的扭矩，所以在有限元计算中，需要考虑如果将已知的扭矩转换为需要的螺栓预紧力，工程上常用的公式：  

式中： T-螺栓安装的扭矩（安装工艺参数）；   D-螺栓的公称直径；   F-螺栓预紧力（软件输入）   K-拧紧力矩系数。 在经验设计中扭矩系数K值一般取为0.2。但实际上，此K值不是一个常数,而是一个取决于螺纹精度等连接条件的变量。

一般而言， 螺纹制造精度越高，表面处理及润滑条件越稳定， 则 K值越稳定 ，（散差小）， 反之，K值散差就大。如图1给出了螺栓预紧力输入的面板，用户可以使用上述的公式，将扭转参数转换为螺栓预紧力，输入到有限元软件中进行螺栓结构的计算。如何利用ANSYS进行螺栓计算见后文。 图-ANSYS螺栓预紧力输入的面板 基于ANSYS螺栓松动计算

图1 螺栓连接结构计算模型