复合材料层合板预紧螺栓连接应力分析

复合材料层合板

复合材料层合板 MA 02139，剑桥 麻省理工学院 材料科学与工程系 David Roylance 2000年2月10日 引言 本模块旨在概略介绍纤维增强复合材料层合板的力学知识；并推导一种计算方法，以建 立层合板的平面内应变和曲率与横截面上内力和内力偶之间的关系。虽然这只是纤维增强复 合材料整个领域、甚至层合板理论的很小一部分，但却是所有的复合材料工程师都应掌握的 重要技术。 在下文中，我们将回顾各向同性材料矩阵形式的本构关系，然后直截了当地推广到横观 各向同性复合材料层合板。因为层合板中每一层的取向是任意的，我们随后将说明，如何将 每个单层的弹性性能都变换到一个共用的方向上。最后，令单层的应力与其横截面上的内力 和内力偶相对应，从而导出控制整块层合板内力和变形关系的矩阵。 层合板的力学计算最好由计算机来完成。本文简略介绍了几种算法，这些算法分别适用 于弹性层合板、呈现热膨胀效应的层合板和呈现粘弹性响应的层合板。 各向同性线弹性材料 如初等材料力学教材（参见罗兰奈斯（Roylance ）所著、1996年出版的教材1）中所述， 在直角坐标系中，由平面应力状态（0===yz xz z ττσ）导致的应变为 由于泊松效应，在平面应力状态中还有沿轴方向的应变：z )(y x z σσνε+?=，此应 变分量在下文中将忽略不计。在上述关系式中，有三个弹性常量：杨氏模量E 、泊松比ν和 切变模量。但对各向同性材料，只有两个独立的弹性常量，例如，G 可从G E 和ν得到 上述应力应变关系可用矩阵记号写成 1 参见本模块末尾所列的参考资料。

方括号内的量称为材料的柔度矩阵，记作S 或。 弄清楚矩阵中各项的物理意义十分重要。从矩阵乘法的规则可知，中第i 行第列的元素表示第个应力对第i 个应变的影响。例 如，在位置1,2上的元素表示方向的应力对j i S j i S j j y x 方向应变的影响：将E 1乘以y σ即得由y σ引起的方向的应变，再将此值乘以y ν?，得到y σ在x 方向引起的泊松应变。而矩阵中的 零元素则表示法向分量和切向分量之间无耦合，即互不影响。 如果我们想用应变来表示应力，则式（1）可改写为： 式中，已用G )1(2ν+E 代替。该式可进一步简写为： 式中，是刚度矩阵。注意：柔度矩阵S 中1,1元素的倒数即为杨氏模量，但是 刚度矩阵中的1,11 S D ?=D 元素还包括泊松效应、因此并不等于E 。 各向异性材料 如木材、或者如图1所示的单向纤维增强复合材料，其典型特征是：沿 纤维方向的弹性模量有纹理的材料，1E 将大于沿横向的弹性模量和。当2E 3E 321E E E ≠≠时，该材料称 为其力学性能是各向同性的，即为正交各向异性材料。不过常见的情况是：在垂直于纤维方向的平面内，可以足够精确地认 32E E =，这样的材料称为横观各向同性材料。这类各向异 同性材料的推广： 性材料的弹性本构关系必须加以修正， 下式就是各向同性弹性体通常的本构方程对横观各向 式中，参数12ν是主泊松比，如图1所示，沿方向1的应变将引起沿方向2的应变，后者与 前者之比的绝对值就是12ν。此参数值不象在各向同性材料中那样，限制其必须小于0.5。反 过来，沿方向2的应变将引起沿方向1的应变，后者与前者之比的绝对值就是21ν。因为方

复合材料层合板的厚度方向性能和层间性能_张汝光[1]

· 2 · 玻璃钢 2006年第4期 复合材料层合板的厚度方向性能 和层间性能　 张 汝 光 (上海玻璃钢研究院，上海 201404) 摘 要 复合材料层合板厚度方向性能和层间性能有着完全不同物理的概念，不能混用，以免发生差错。用三点弯曲外伸梁法，测定一般层合板厚度方向的剪切性能，理论上可行，但在实际测试中会产生较大误差，很难保证数据的准确性。 关键词：层合板； 厚度方向； 层间； 三点弯曲试验 1 两个不同的物理概念 复合材料层合板厚度方向的性能和层间性能有着完全不同的物理概念，应该加于区别，不能混用，以免发生差错。虽然厚度 方向在单向拉伸、压缩或剪切应力作 用下，层间界面相受到同样的拉伸、 压缩或剪切应力，但其应变完全不同 （见图1、图2和图3），破坏强度也 3σ 13τ3 图2 层合板厚度－3方向的受力和表观变形 图3 层合板层间界面相的受力和变形

· 3 · 层间性能顾名思义，是层合板两层之间界面相的性能，反映单纯界面相对外界作用的响应；而厚度方向的性能，则反映整个层板材料在3方向的表观性能，它包括各层及其界面相对外界作用的综合响应。在复合材料层板的受力分析中，需要区分这两个不同的概念，以免发生差错。如，在分析层合板厚度方向的应变时，需要用厚度方向的表观模量；在分析由于相邻层性能的不匹配造成的层间应力时（如：拉伸、压缩时，由于两相邻层泊松比不同或温度变化时，由于两相邻层热膨胀系数不同，而产生的层间剪切应力；或拉伸、压缩时，由于两相邻层模量的不同，而产生的层间正应力等等），需要用层间的界面相模量。而厚度方向的模量往往要比层间界面相的模量大2至5倍。又如在分析单向板的拉伸和压缩不同的损伤扩展、破坏模式和强度时，界面相的性能起非常重要的作用，而它完全不同于层合板厚度方向的性能，不能用后者来取代。 1.1 厚度方向和层间的弹性模量 由上图可以清楚看出，受简单拉伸（或压缩）和剪切时，虽然复合材料层合板的层间应力和厚度方向的应力相等，其应变完全不同。材料的弹性模量等于产生单位应变所需要的作用应力，应力相等，而应变不等，自然它们的弹性模量也不相等。即 int E (层间拉伸模量) ≠ 3E (厚度方向拉伸模量) int G (层间剪切模量) ≠ 13G (厚度方向剪切模量) 1.2 厚度方向和层间的强度 厚度方向的作用应力达到最大时，材料发生破坏，此时的应力是复合材料层合板厚度方向的强度。其破坏可以是发生在界面相上，也可以是发生在某一层内。只有当破坏发生在界面相时，厚度方向的强度才等于层间强度。如，若层合板中含有泡沫层（如泡沫夹层板），破坏往往就发生在泡沫层内，厚度方向的强度等于泡沫材料的强度，而不是层间强度。对大多数的层合板，破坏常常发生在层间，因此可认为是层间强度。但这不是绝对的，所有还是分开为好，以避免发生差错。 2 层合板厚度方向性能和层间性能的测试 由于通过对厚度方向施加单向力，就可实现对层间界面相施加同样的单向力，层间性能的测试往往就可以相同于对厚度方向的测试，只是在对数据分析处理时，要注意加于区别。如： 2.1 层合板厚度方向性能的测试 厚度方向的弹性模量： 333/εσ??=E 131313/γτ??=G 厚度方向的强度：

带预紧力受剪螺栓连接刚度分析

C A M E O 楷模C A E 案例库 w w w .c a m e o .o r g .c n 2007年8月强 度 与 环 境Aug.2007 第34卷第4期 STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING V ol.34, No.4 带预紧力受剪螺栓连接刚度分析 张永杰 孙秦 （西北工业大学航空学院，西安 710072） 摘要:为了很好的模拟带预紧力受剪螺栓的复杂应力状况，本文应用ANSYS 非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真，利用降温法模拟了螺栓的预紧力，给出了螺栓连接刚度计算公式，通过一系列不同厚度构件的螺栓连接刚度计算，得到了构件厚度与螺栓连接刚度间的关系曲线；为复杂结构中螺栓连接的简化计算提供了可靠参考依据。 关键词：ANSYS; 接触; 降温法; 螺栓连接刚度 中图分类号:TH122 文献标识码: A 文章编号:1006-3919(2007)04-0022-04 Sheared bolt joint stiffness analysis with pre-tightened force ZHANG Yong-jie SUN Qin (School of Aeronautics, NPU, Xi’an, 710072, China) Abstract ：Nonlinear contact arithmetic of ANSYS is applied for simulating complex stress of sheared bolt with pre-tightened force and emulating bolt joint well. By cool method, pre-tightened force of bolt is caused. In this paper, we present a computational formula of bolt joint stiffness, and obtain relative curve between bolt joint stiffness and thickness of components by varying thickness of components. Reliable references are provided for simplified computation of bolt connection from complex structure. Key words: ANSYS; contact; cool method; bolt joint stiffness 1 引言 对于复杂结构进行有限元分析时，常常遇到很多螺栓连接的情况，根据受力情况不同可分为受拉螺栓与受剪螺栓，本文主要讨论的是受剪螺栓的联接问题。受剪螺栓联接的外载荷主要靠螺栓杆的剪切及螺栓杆与被连接件的挤压来承受，联接件间只有较小的预紧力。但是在某些特殊结构的设计中，为了保证系统的密封性以及提高螺栓联接件孔边的疲劳寿命等方面需要，在受剪螺栓联接的设计中往往需要较大的预紧力。大预紧力的存在而引起的各部件间摩擦力的作用，使得结构的传力路线复杂化，应用理论解进行结构分析会产生较大的误差。因此应用有限元分析软件对结构进行数值模拟与分析已经成为一种有效的途径。 收稿日期：2006-10-10； 修回日期：2007-01-29 作者简介: 张永杰（1979-），男，博士，研究方向：飞行器设计；（710072）西安市西北工业大学120＃ A502教研室 .

螺栓组受力分析与计算..

螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置

3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。

复合材料层合板强度计算现状

复合材料层合板强度计算现状 作者：李炳田 1．简介 复合材料是指由两种或者两种以上不同性能的材料在宏观尺度上组成的多相材料。一般复合材料的性能优于其组分材料的性能，它改善了组分材料的刚度、强度、热学等性能。复合材料从应用的性质可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能，例如:导电复合材料，它是用聚合物与各种导电物质通过分散、层压或通过表面导 电膜等方法构成的复合材料；烧灼复合材料，它由各种无机纤维增强树脂或非金属基体构成，可用于高速飞行器头部热防护；摩阻复合材料，它是用石棉等纤维和树脂制成的有较高摩擦系数的复合材料，应用于航空器、汽车等运转部件的制动。功能复合材料由于其涉及的学科比较广泛，已不是单纯的力学问题，需要借助电磁学，化学工艺、功能学等众多学科的研究方法来研究。结构复合材料一般由基体料和增强材料复合而成。基体材料主要是各种树脂或金属材料；增强材料一般采用各种纤维和颗粒等材料。其中增强材料在复合材料中起主要作用，用来提供刚度和强度，而基体材料用来支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷。结构复合材料在工农业及人们的日常生活中得到广泛的应用，也是复合材料力学研究的主要对象，是固体力学学科中一个新的分支。在结构复合材料中按增强材料的几何形状及结构形式又可划分为以下三类： 1．颗粒增强复合材料，它由基体材料和悬浮在基体材料中的一种或多种金属或非金属颗 粒材料组合而成。 2．纤维增强复合材料，它由纤维和基体两种组分材料组成。按照纤维的不同种类和形状 又可划分定义多种复合材料。图1.1为长纤维复合材料的主要形式。 图1.1 3．复合材料层合板，它由以上两种复合材料的形式组成的单层板，以不同的方式叠合在 一起形成层合板。层合板是目前复合材料实际应用的主要形式。本论文的主要研究对象就是长纤维增强复合材料层合板的强度问题。长纤维复合材料层合板主要形式如图1.2所示。 图1.2 一般来说，强度是指材料在承载时抵抗破坏的能力。对于各向同性材料，在各个方向上强度均相等，即强度没有方向性，常用极限应力来表示材料的强度。对于复合材料，其强度的显著的特点是具有方向性。因此复合材料单层板的基本强度指标主要有沿铺层主方向（即纤维方向）的拉伸强度Xt和压缩强度Xc；垂直于铺层主方向的拉伸强度Yt和压缩强度Yc以及平面内剪切强度S等5个强度指标。对于复合材料层合板而言，由于它是由若干个单层

单搭层合板胶接接头界面应力分析

单搭层合板胶接接头界面应力分析 摘要：为研究T700/ TDE86复合材料单向层合板单搭接接头在单向拉伸载荷作用下的界面应力分布情况，采用有限元方法对接头进行数值计算，模拟了接头搭接区界面剥离应力及剪切应力分布情况，并分析粘接体厚度对接头最大应力的影响。 关键词：层合板；单搭胶接接头；界面；应力分析 随着航空航天技术的发展，胶接连接技术得到越来越广泛的应用。胶接技术[1]现已成为航空航天工艺中不可缺少的一种连接工艺技术。由于有限元商业应用软件的成熟使用，采用有限元方法分析接头的应力已成为必不可少的研究手段。尽管前人已经做了一些对胶接接头的研究，但为了分析T700/TDE86复合材料单向层合板单搭胶接接头的界面应力分布情况及层合板厚度对最大应力的影响，本文作者应用ANSYS10.0有限元分析软件，分析接头搭接区界面剥离及剪切应力分布情况；同时分析了粘接体厚度对接头界面最大剥离/剪切应力值的影响。 1 数值模型 T700/TDE86环氧树脂基复合材料单向板力学性能及胶层力学性能见文献[7]。接头几何尺寸为：胶接接头整体长度为200mm，宽度为25mm，搭接长度为20mm，胶层厚度为0.3mm；层合板厚度2mm，铺设方式为[0]10，纤维体积含量60%，单向层合板铺层角度与加载方向成0°角。约束及加载情况为：一端固定，一端施加9.0kN的轴向拉力，接头两端分别在40mm长度区域层合板表面节点限定了Y、Z方向的位移。图1为整体及局部网格划分，最大单元尺寸为1mm，最小单元尺寸为0.1mm。在接头搭接区端部进行网格细化。 2 界面应力分布 图2给出了接头搭接区界面的面内应力及面外应力的分布。从图中可以看到，剪应力和剥离应力在接头搭接区端部有明显的应力集中，但剥离应力比剪应力小，因此剪应力是影响接头强度的主要因素，导致接头更易发生界面破坏。数值计算得出界面剪应力集中发生在距搭接区自由端部1.25mm位置，且剪应力沿搭接长度是对称分布的。 3 层合板厚度的影响 （1）对于胶层厚度为0.3mm，搭接长度为20mm接头，粘接体厚度分别取：1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm和3.5mm； 图3为胶接界面最大应力随粘接体厚度的变化曲线。由图3可见，当两粘接体厚度相同时，随着粘接体厚度的增大，接头界面的最大剥离应力增大，最大剪

复合材料力学上机编程作业(计算层合板刚度)要点

复合材料力学上机编程作业 学院：School of Civil Engineering专业：Engineering Mechanics 小组成员信息：James Wilson（2012031890015）、Tau Young（2012031890011）复合材料力学学了五个星期，这是这门课的第一次编程作业。我和杨涛结成一个小组，我用的是Fortran编制的程序，Tau Young用的是matlab编制。其中的算例以我的Fortran计算结果为准。Matlab作为可视化界面有其独到之处，在附录2中将会有所展示。 作业的内容是层合板的刚度的计算和验算，包括拉伸刚度A、弯曲刚度D以及耦合刚度B。 首先要给定层合板的各个参数，具体有：层合板的层数N；各单层的弹性常数 E1、E2、υ21、G12；各单层 对应的厚度；各单层对应的主方向夹角θ。然后就要计算每个单层板的二维刚度矩阵Q，具体公式如下： υ12=υ21E2 E1；Q11=E11-υ12υ21；Q22=E21-υ12υ21；Q12=υ12E1； 1-υ12υ21Q66=G12 得到Q矩阵后，根据课本上讲到的Q=(T-1)TQ(T-1)得到Q。 然后根据z坐标的定义求出z0到zn，接下来，最重要的一步，根据下式计算A、B、D。 n??Aij=∑(Qij)k(zk-zk-1) k=1??1n22?Bij=∑(Qij)k(zk-zk-1) 2k=1??1n33?Dij=∑(Qij)k(zk-zk-1)3k=1? 一、书上P110的几个问题可以归纳为以下几个类型。

第 1 页共 1 页 （4）6层反对称角铺设层合板（T5-10）第 2 页共 2 页

螺栓连接的预紧力控制

螺栓连接 一、目的 螺栓连接的目的就是通过对螺栓施以一定的扭力矩，使螺栓拉伸变形，得到一个我们所需要的预紧力。也就是我们真正要得到的是一个能满足需要的预紧力，它才是被连接件无论在静止或是在工作状态下可靠、安全连接的保证。 二、预紧力的分散度 下面是M10螺栓拧紧扭矩为50Nm，装配时加油和未加油状态下测得的预紧力 上例可见，同一种螺栓相同的扭矩，装配工艺不同，所得到的预紧力相差很大。显然用扭力矩来间接控制预紧力是很不精确的，因为在这两者的关系中包含着一些变化很大且很难一一测定的因素。如：摩擦系数、螺纹表面及支撑面的光洁度、有无润滑剂、拧紧速度、拧紧工具、温度变化等。 我厂质保实验室有一台螺纹力矩测量仪，它可以测算得到螺纹力矩、螺栓头部力矩和预紧力。从这台机器工作以来曾测得的无数数据

表明，正常情况下对螺栓施加一个扭力矩M后，约有45%消耗在螺栓头部与支撑面间，约有40%消耗在螺纹的摩擦中，只有约15%的力矩作用产生预紧力。 在螺栓的弹性变形范围内，同种螺栓相同的拧紧力矩尽管M=f(Po)近似直线，但由于前述各种因素的影响，每次拧紧的直线斜率不同，所得到的轴向预紧力大不相同，分散度可达±40%左右。（见图二） 因此，在弹性变形范围内选择使用螺栓连接时，考虑到预紧力的分散度，就必须选择相对直径较大的螺栓，这就不能做到材尽其用。 三、控制螺栓预紧力的必要性 在发动机制造行业内，在一些关键的螺栓连接中，预紧力的控制显得尤为重要。如： 1、连杆体盖连接； 2、缸盖、衬床、缸体连接； 3、主轴承盖连接； 4、飞轮、曲轴连接。 下面我们仅以连杆体盖螺栓连接为例说明控制预紧力的必要性。

螺纹连接受力分析

螺纹连接受力分析 一、 螺纹强度校核 把螺母的一圈螺纹沿大径展开，螺杆的一圈螺纹沿小径展开，视为悬臂梁，如图。 相关参数： 轴向力F ，旋合螺纹圈数z （因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因而z 不宜大于10）； 螺纹牙底宽度b ，螺纹工作高度h ，每圈螺纹牙的平均受力为F z ，作用在中径上。 螺母——内螺纹，大径、中径、小径分别为D 、2D 、1D 。 螺杆——外螺纹，大径、中径、小径分别为d 、2d 、1d 。 1. 挤压强度 螺母一圈挤压面面积为2D h π，螺杆一圈挤压面积为2d h π。 螺母挤压强度2[]p p F F z A D h πσ= =≤σ 螺杆挤压强度2[]p p F F z A d h σσπ= =≤ p σ为挤压应力， []p σ 为许用挤压应力。 2. 剪切强度 螺母剪切面面积为Db π，螺杆剪切面面积1d b π。 螺母，剪切强度[]F F z A Db ττπ= =≤ 螺母的一圈沿大径展开 螺杆的一圈沿小径展开

螺杆，剪切强度1[]F F z A d b ττπ= =≤ []0.6[]τσ=，[]s n σσ= 为材料许用拉应力，s σ为材料屈服应力。 安全系数，一般取3～5。 3. 弯曲强度 危险截面螺纹牙根部，A -A 。 螺母，弯曲强度23[]b b M Fh W Db z σσπ= =≤ 螺杆，弯曲强度213[]b b M Fh W d b z σσπ= =≤ 其中，L ：弯曲力臂，螺母22D D L -= ，螺杆2 2 d d L -= M ：弯矩，螺母22D D F M F L z -=?= ?，螺杆2 2 d d F M F L z -=?=? W ：抗弯模量，螺母2 6 Db W π= ，螺杆2 16 d b W π= []b σ：螺纹牙的许用弯曲应力，对钢材，[]1~1.2[]b σσ= 4. 自锁性能 自锁条件v ψψ≤， 其中，螺旋升角22 arctan arctan S np d d ψππ==，螺距、导程、线数之间关系：S =np ； 当量摩擦角arctan arctan cos v v f f ψβ ==， 当量摩擦系数cos v f f β= f 为螺旋副的滑动摩擦系数，无量纲，定期润滑条件下，可取0.13～0.17； β为牙侧角，为牙型角α的一半，2βα= 5. 螺杆强度 1、 实心

复合材料力学层合板若干问题解决

复合材料力学课程设计 一、 层合板失效载荷计算 1、 问题描述： 已知：九层层合板，正交铺设，铺设比为0.2m =。受载荷x N N =，其余载荷均为零。每个单层厚度为0.2t mm =。玻璃/环氧单层板性能：41 5.4010E Mpa =?， 42 1.8010E Mpa =?，120.25ν=，3128.8010G Mpa =?，31.0510t c X X Mpa ==?， 2.810t Y Mpa =?，14.010c Y Mpa =?， 4.210S Mpa =?。 求解：1、计算各铺层应力？ 2、最先一层失效的载荷？ 2、 使用mat lab 编程求解： 将输入文件“input.txt ”经由程序“strain.m ”运行，得到输出文件“output.txt ”。求解程序见附录一。 3、计算结果：（其中R 是强度比） 求单层刚度 Q1: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q2: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q3: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000

0.00000 0.00000 8800.00000 Q4: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q5: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q6: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q7: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q8: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q9: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 求中面应变 Ez: 0.0306235*R -0.00290497*R

碳钢螺栓的等级分为3

碳钢螺栓的等级分为3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，小数点前后的数字分别表示螺栓材料的公称抗拉强度和屈强比，例如：标记8.8级螺栓表示材料的抗拉强度达到800MPa,屈强比为0.8即其屈服强度达到800X0.8=640MPa； 不锈钢螺栓的等级分为45、50、60、70、80，材料主要分奥氏体 A1、A2、A4，马氏体和铁素体C1、C2、C4，其表示方法例如A2-70，“--”前后分别表示螺栓材料和强度等级。 螺栓的材料和许用应力 (1)螺栓材料 常用材料：Q215、Q235、25和45号钢，对于重要的或特殊用途的螺纹联接件，可选用15Cr ，20Cr，40Cr，15MnVB，30CrMrSi 等机械性能较高的合金钢。 (2)许用应力 螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷) 、联接是否拧紧，预紧力是否需要控制以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。精确选定许用应力必须考虑上述各因素，设计时可参照表11-4选择。表11-4 螺栓、螺钉、螺柱、螺母的性能等级 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 (≤M16) 8.8 (＞M16) 9.8 10.9 12.9 螺栓、螺钉、螺柱抗拉强度极限 sb /MPa 公称300 400 500 600 800 800 900 1000 1200

min 330 400 420 500 520 600 800 830 900 1040 1220 屈服强度极限 ss /MPa 公称180 240 320 300 400 480 640 640 720 900 1080 min 190 240 340 300 420 480 640 660 720 940 1100 布氏硬度HB min 90 109 113 134 140 181 232 248 269 312 365 推荐材料10 Q215 15 Q235 10 Q215 25 35 15 Q235 45 35 35 35 45 40Cr 15MnVB 30CrMnSi 15MnVB 相配合螺母性能级别4或5 4或5 4或5 5 5 6 8或9 8或9 9 10 12 推荐材料10 Q215 10 Q215 10 Q215 10 Q215 10 Q215 15 Q215 35 35 35 40Cr

一个螺栓连接模拟例子(包含预紧力)

螺栓连接模拟（命令流）/PREP7 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!参数定义!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! hc=400 ! 柱截面高度 bc=200 ! 柱截面宽度 tcf=10 ! 柱翼缘厚度 tcw=8 ! 柱腹板厚度 lc=1100 ! 柱构件伸出长度 tep=20 ! 端板厚度 bep=bc+20 !端板宽度 HEP1= hc+200 !端板高度 tst=10 ! 端板外伸部分加劲肋厚度 hst=80 !端板外伸部分加劲肋高度 bst=bc/2-5 ! 端板外伸部分加劲肋高度 lbt=2*tep ! 螺栓杆长度 dbt=20 ! 螺栓杆直径或有效直径 dbth=31.4 ! 螺栓头和螺母直径 lbth=12.5 !螺栓头厚度 preten=155000 !螺栓施工预拉力 miu=.4 !端板间抗滑移系数

hb=400 ! 梁截面高度 bb=200 ! 梁截面宽度 tbf=8 ! 梁翼缘厚度 tbw=6 ! 梁腹板厚度 lb1=870 ! 梁构件伸出长度 lb2=200 ! 梁构件伸出的水平加载断长度 hb1=362 ! 梁最左端高度 dh0=dbt+2 !螺栓孔直径 randa=0.05 ! 梁的坡度 aa=50 !螺栓中心到梁翼缘边缘（非受力方向）的距离aa1=50 ! 螺栓中心到梁翼缘边缘（受力方向的距离ab=120 ! 一二排螺栓间距 displa=-50 ! 施加的位移荷载大小 !!!!!!!!!!! 建模开始!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!! 梁模型!!!!!!!!!! block,o,tep, -hep1/2,hep1/2,0,bep/2 block,-tep,0,-hep1/2-100+4*tcf,hep1/2,0,bep/2 k,20,tep,hb/2 k,21,tep,hb/2-tbf k,22,tep+lb1,hb/2-tbf+lb1*randa

复合材料层合板的弯曲性能和试验

玻璃钢2009年第3期研究报告 复合材料层合板的弯曲性能和试验 张汝光 （上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404） 摘要 弯曲性能不用作设计参数。而弯曲试验，由于方法简单，却广泛用于质量检验。三点弯曲和四点弯曲试验，都存在剪切应力的影响，需要正确选择跨厚比，使剪切应力的影响降到最小。弯 曲模量和弯曲强度都是只对均匀层合板；对非均匀层合板，弯曲模量和弯曲强度没有物理意义，其弯曲性能应该用弯曲刚度和最大弯矩来表述。 关键词：层合板弯曲性能跨厚比 1 复合材料的弯曲试验和弯曲性能 弯曲试验严格地说适用范围仅是均匀层合板（沿厚度均匀铺层）。有人还提出，仅限于单向板或平面正交织物层合板。对于非均匀层合板，其弯曲性能还取决于铺层顺序，已经是结构的性能了。 弯曲试验的性能计算公式，建立在假设正应变是沿厚度方向呈线性分布的；材料是均质的。由于板材是均质的，因此应力（模量乘应变）也呈线性分布。层合板的中性面就在中心面上，应力、应变都为零，向层合板上下表面达到最大绝对值。由此，可推导出材料的弯曲模量和弯曲强度。对于非均匀层合板，仍可以假设应变呈线性分布，但因为各层模量不同，应力分布已不呈线性。弯曲试验方法给出的模量和强度计算公式不再成立了，不能使用。非均质层合板也不存在材料弯曲模量和弯曲强度的物理概念。对非均质层合板只能计算其弯曲刚度（弯矩和曲率比）和可承受的最大弯矩。试件铺层顺序和厚度尺寸还应与结构物层板严格相同，否则测出数据对产品没有直接参考意义。 弯曲试验测出的挠度，除弯曲挠度外，还包含剪切挠度。但在试验数据处理计算时按纯弯曲考虑，忽略了剪切影响。因此计算出的模量要比拉伸测出的低。而强度，由于是仅仅在试件中央最外层一点上（往往不是最薄弱点）承受最大应力，试件强度是试件在这一点上的强度；而拉伸试验是整个试件都承受一样的最大应力，试件的强度是整个试件中最薄弱处的 · 1 ·

螺栓组受力分析与计算..

螺栓组受力分析与计算 1．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置 3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性

要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。 图1 凸台与沉头座的应用 图2 斜面垫圈的应 用

不锈钢螺栓标准

不锈钢和碳钢螺栓在等级的划分与标识方法有区别 碳钢螺栓的等级分为3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，小数点前后的数字分别表示螺栓材料的公称抗拉强度和屈强比，例如：标记8.8级螺栓表示材料的抗拉强度达到800MPa,屈强比为0.8即其屈服强度达到800X0.8=640MPa；不锈钢螺栓的等级分为45、50、60、70、80，材料主要分奥氏体A1、A2、A4，马氏体和铁素体C1、C2、C4，其表示方法例如A2-70，“--”前后分别表示螺栓材料和强度等级。 螺栓的材料和许用应力(1)螺栓材料常用材料：Q215、Q235、25和45号钢，对于重要的或特殊用途的螺纹联接件，可选用15Cr ，20Cr，40Cr，15MnVB，30CrMrSi等机械性能较高的合金钢。 2)许用应力螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷) 、联接是否拧紧，预紧力是否需要控制以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。精确选定许用应力必须考虑上述各因素，设计时可参照表11-4选择。 表11-4 螺栓、螺钉、螺柱、螺母的性能等级3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 (≤M16) 8.8 (＞M16) 9.8 10.9 12.9 螺栓螺钉、螺柱抗拉强度极限sb /MPa 公称300 400 500 600 800 800 900 1000 1200 min 330 400 420 500 520 600 800 830 900 1040 1220 屈服强度极限ss /MPa 公称180 240 320 300 400 480 640 640 720 900 1080 min 190 240 340 300 420 480 640 660 720 940 1100 布氏硬度HB min 90 109 113 134 140 181 232 248 269 312 365 推荐材料10 Q215 15 Q235 10 Q215 25 35 15 Q235 45 35 35 35 45 40Cr 15MnVB 30CrMnSi 15MnVB 相配合螺母性能级别4或5 4或5 4或5 5 5 6 8或9 8或9 9 10 12 推荐材料10 Q215 10 Q215 10 Q215 10 Q215 10 Q215 15 Q215 35 35 35 40Cr 15MnVB 30CrMnSi 15MnVB 注：9.8级仅适用于螺纹公称直径≤16mm 的螺栓、螺钉和螺柱。表11-5紧螺栓联接的许用应力及安全系数许用应力不控制预紧力时的安全系数控制预紧力时的安全系数S [s]=ss /S 直径材料M6～M16 M16～M30 M30～60 不分直径碳钢合金钢4～35～4 3～24～2.5 2～1.32.5 1.2～1.5 注：松螺栓联接时，取：[s]=ss/S，S=1.2～1.7。表11-6 许用剪切和挤压应力及安全系数许用应力及安全系数被联接件材料剪切挤压许用应力S 许用应力S 钢[t]=ss /S 2.5 [sp]=ss /S 1.25 铸铁[sp]=sb /S 2～2.5 d=A* 3 √N/n 3是开3次方d:轴直径cm N：输入功率Kw n：轴的转速r/min A: 系数45钢11.8~10.7 40Cr 10.7~9.8 302HQ （0Cr18Ni9Cu3）-主要用于自攻钉； SUS304（0Cr18Ni9 -也就是常说的A2，主要用于普通不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造，强度等级一般螺栓为70； SUS 316（0Cr18Ni12Mo2）、SUS 316L（00Cr17Ni14Mo2）-也就是常说的A4主要用于高耐腐蚀性不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造，强度等级一般螺栓为70，也可达到高强度等级80。 强度等级 ,A代表奥氏体，"2代表第2种材料(其实2就是指304),-70代表强度等级是700MPa. 常见的材料就是A2和A4,分别是304和316材质，但只要能保证力学性能,化学成分可已出入一些.常见的等级有A2-60(基本不用了) A2-70 A2-80(少见) ，A4-70 ，A4-80 ，A4-90(目前国内好象还生产不了)

塔吊高强度螺栓的预紧力及重复使用分析

塔吊高强度螺栓的预紧力及重复使用分析 【摘要】钢结构工程的重要性已越来越被业内人士所认同，它关系到钢结构的使用寿命。本文就钢结构高强度螺栓的施工质量与扭矩系数、摩擦系数、长度的关系进行了说明。高强度螺栓在安装前需复检，以及安装工艺流程和储运、保管等三个方面作了阐述通过对塔式起重机（以下简称塔吊）塔身连接的高强度螺栓连接副的受力分析，得出预紧力的重要性，然后又介绍两种控制高强度螺栓预紧力的方法，得出高强度螺栓重复使用次数不得超过2次的原由。 关键词：高强度螺栓；预紧力；扭矩法；转角法 一、引言 目前，无论是大容量发电机组的炉架和主厂房，还是大型的塔吊、门吊等起重设备，或者是越来越多的大型厂房、桥梁等均采用钢结构，因钢结构以其施工周期短、使用寿命长、收益快等特点，在现代工业中占有较大一席之地，前景可观。钢结构要形成一个稳固的框架整体，用高强度螺栓进行连接是现在目前采用较多的连接形式。特别是现在大型燃煤电站锅炉，无论是200 MW 机组，还是1 000 MW 机组，都采用全钢架结构，来承载受热面。钢结构主要用高强度螺栓副进行连接，故高强度螺栓的施工质量就对钢结构受力、钢结构的设计寿命而言，就显得非常重要。下面主要就高强度螺栓在电站锅炉钢结构中的施工质量与各位同仁进行探讨。高强度螺栓连接方式由于其对于被连接件制作精度要求低，连接方便、成本低廉而广泛应用于中小型塔式起重机的塔身连接上。但由于施工安装人员缺乏对该种连接方式的认识，往往不按规定控制预紧力，而只将高强度螺栓如普通螺栓一般多次重复使用，高强度螺栓并未起高强度螺栓的真正作用。 二、高强度螺栓的发展、特点和分类 高强度螺栓连接是继铆接、焊接之后发展起来的一种新型钢结构连接形式。其特点是施工方便，可拆可换、传力均匀、接头刚性好，承载能力大，疲劳强度高，螺母不易松动，结构安全可靠。按连接形式可分为摩擦连接和承压连接；按种类可分为大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓。大六角头高强度螺栓也可叫扭矩型高强度螺栓，特点是依靠施工扳手来控制螺栓、螺母的紧固扭矩；扭剪型高强度螺栓是在普通大六角头高强度螺栓的基础上发展起来的，螺头和铆钉相仿，特点是在丝扣端头设置了控制紧固扭矩的梅花卡头和环形切口。 国电九江三期发电厂2×350 MW 机组就是用的是大六角头高强度螺栓，是承压连接；

机械设计习题集答案第十五章螺纹连接(解答)

15—4 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级， 装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。 解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型 例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦 力来传递横向外载荷F R 。解题时，要先求出螺栓组所 受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算 准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。 题15—4图 解题要点： （1）求预紧力F ′： 由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa ，查教材表11—5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： [σ]= σS /S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm 由教材式（11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得： F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8.3762 /5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R ： 由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0.15×2×1/1.2N=1883.8 N （取K f =1.2） 分析与思考： （1）常用螺纹按牙型分为哪几种？各有何特点？各适用于什么场合？连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？ 答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan f f ==），分 析螺纹的效率() υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤，可知三角形螺纹效率较低，但自锁条件较好，因此用于连接。同理可知矩形、梯形和锯齿形螺纹等当量摩擦角υρ较小，效率较高，自锁条件较差，因此用于传动。 （2）从自锁和效率的角度比较不同线数螺纹的特点，为什么多线螺纹主要用于传动？螺纹线数一般控制在什么范围内？为什么？ 答：当螺纹副的当量摩擦系数一定时，螺纹线数越多，螺纹升角越大，效率越高，越不易自锁，