摘 要摘 要基于ANSYS的螺纹连接受力与变形分析，主要是利用有限元软件，模拟分析各种形态下螺纹连接的受力与变形情况的不同。在不同轴向载荷作用下，普通螺栓连接强度受到预紧力、载荷大小等因素的约束，会产生不同程度的变形，连接件出现空隙或螺栓杆被拉坏都会导致螺栓连接的失效。在横向载荷或转矩的作用下，铰制孔螺栓组的连接强度受到螺栓分布数目以及螺栓布局等因素的影响，也会产生不一样的变形，螺栓连接孔被拉坏或螺栓被剪断都会导致螺栓连接的失效。在静力作用下，螺纹牙受力不均引起的疲劳破坏也是导致螺栓连接失效的重要原因，通过对螺栓与螺母螺纹牙的变形协调情况进行分析，得出不同旋合圈数处的螺纹受力与变形的差异，以便找寻方法均匀螺纹牙的受力。关键词ANSYS；螺纹连接；变形；失效
目 录
第一章 绪论 1
1.1工程背景及研究意义 1
1.1.1螺纹连接研究的目的和意义 1
1.1.2有限元分析法的应用 2
1.2研究历史及现状 2
1.2.1螺栓连接的国内外研究历程 2
1.2.2有限元发展的几个重要阶段 3
1.3课题研究的主要内容 3
第二章 普通螺栓的受力与变形分析 4
2.1模型准备及研究目的 4
2.2 SolidWorks建模 4
2.2.1关于SolidWorks 4
2.2.2建模过程 4
2.2.3普通螺栓连接模型 5
2.3关于ANSYS Workbench 5
2.3.1关于ANSYS 6
2.3.2关于Workbench 6
2.4 ANSYS Workbench分析 6
2.4.1 Workbench分析 6
2.4.2普通螺栓的受力与变形 7
2.4.3比较有限元结果 9
2.4.4 结论 16
第三章 受横向载荷和转矩时的铰制孔螺栓组的受力与变形分析 18
3.1研究意义和模型准备 18
3.2 SolidWorks建模 18
3.3 Workbench分析 19
3.3
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.1受力与变形 19
3.3.2比较有限元结果 20
3.4 SolidWorks建模 26
3.5 Workbench分析 26
3.5.1 受力与变形 26
3.5.2比较有限元结果 26
第四章 螺栓与螺母螺纹牙在工作状态下的变形协调情况 31
4.1研究目的和模型准备 31
4.2 SolidWorks建模 31
4.3 Workbench分析 32
4.3.1螺纹牙的变形协调 32
4.3.3比较有限元结果 32
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
第一章 绪论
1.1 工程背景及研究意义
1.1.1 螺纹连接研究的目的和意义
螺纹连接，作为一种连接各种结构的最普遍的方式，为便于集中生产，已经制定了大量的螺纹紧固件的国家标准和行业标准。螺纹连接具有结构简单，形式多样，便于维修，使用方便的优点，适用于各种各样的场合。但正是这种最常见的螺纹连接，却时常能够影响到整个结构的安全性跟可靠性。根据不完全统计，在石油工业中，有80%的油管失效部位都发生在油管螺纹的连接处[1]。一般，螺纹连接的失效因素主要包括温度、载荷、腐蚀、设计不当等，主要失效模式包括螺栓杆的断裂和被连接之间的相对滑移跟分离。螺栓拧紧时，螺栓受拉伸长，靠近传力处的螺母螺纹会出现应力集中的现象。伴随着外载荷的逐步增加，螺栓继续受拉伸长，而被连接件变形逐渐减小，可能会出现空隙，导致连接失效。高温下，即使当螺栓的应力未超过弹性极限时，由于蠕变的原因，也会导致螺栓的承载能力随着时间的推移而降低。当螺栓组连接的螺栓布置不当时，例如在平行于工作载荷的方向上布置过多的螺栓，将会导致载荷分布不均，因而发生连接的失效。所以对螺纹连接进行受力与变形分析为防止螺纹连接失效具有重要的意义。
迄今为止，大家对于螺纹连接的研究还未形成高度的重视，这是可抗的主观因素；其次，螺纹连接在长期的复杂的工作条件下，难免会出现各式各样的磨损、破坏，从何导致结构功能的全面退化和丧失，这是不可抗的客观因素。再加上螺纹连接一般都是突然断裂的，在断裂前并不会发生很明显的塑形变形，所以造成的事故往往是难以预见的并且相当严重的。所以，这或主观或客观的因素都会在广泛的工程应用中埋下巨大的安全隐患，从而导致大大小小的灾难层出不穷。惨痛的血的教训提醒我们要防患于未然。所以，研究螺纹连接在不同状态下的受力与变形情况也就显得尤为重要[1]。
近年来，大家已经逐渐意识到螺纹连接在广泛的工程应用中的巨大价值，大量的研究工作者也投入到螺纹连接的研究中来，随着科技的突飞猛进，产品产业的结构优化升级，从事螺纹连接工作已经不仅仅是为了消除安全隐患而必须的工作内容，更是逐渐成为促进资源节约，最大化利用资源，便于工厂集中生产，促进新产品优化升级使其更具竞争力的重要手段。
1.1.2 有限元分析法的应用
现代社会中，大型建筑物，日趋精密的机械设备，追求更加高速的交通工具等面对越来越激烈的竞争，所引发的工程问题也更加复杂和棘手，设计人员不仅需要很高的工作效率，还要具备解决结构刚度、强度、疲劳等问题的能力，更要解决实际应用中各式各样的工程难题，例如振动、信号干扰等问题，这就急切需要更加先进的模拟并解决现实问题的方法[2]。随着科技的发展，思想的进步，逐步解放人类的劳动是不变的趋势，于是有了越来越多的更加先进的技术，有限元分析无疑也是其中最闪亮的一个。
随着计算机的兴起与不断发展，自二十世纪中叶以来，有限元分析法作为一种应用于工程领域的数值计算方法，已经逐步出现在公众的视野并被人们所接受[3]。

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