如何处理高强螺栓分析中的应力集中问题

HAIJUN3091

       按照《机械设计手册》校核螺栓强度时采用的是螺纹公称应力截面积，例如M10螺栓的螺纹直径为10mm，公称应力截面积为58.0mm2，折算成直径为8.59mm，请问在仿真简化螺栓螺纹段时，是以螺纹直径为准还是以公称应力截面积折算直径为准？

       保证载荷和楔负载是考核产品在拉力载荷作用下的机械性能的关键项目，对于高强度紧固件尤其重要。保证载荷是考核在承受规定的拉力载荷下产品抗塑性变形能力，如果该项指标达不到要求，由于预紧力和工作载荷的作用，可能产生塑性变形，从而降低预紧力，使连接松动。楔负载试验是考核螺栓产品实物的抗拉强度和头杆结合强度，该项指标不合格，在较大的工作载荷，特别是冲击载荷的作用下或支撑面受偏载作用时，出现断裂或掉头，造成连接失效，甚至出现安全事故。   

       查找《机械设计手册》表25.1-15“螺栓、螺钉和螺柱的性能等级和力学性能”得到10.9级的公称抗拉强度为1000MPa，最小抗拉强度为1040MPa，表25.1-17“螺栓螺纹的保证载荷”得到10.9级的M10螺栓的保证载荷为48100N，保证应力为829.3MPa。

       我采用下图模型进行10.9级M10全螺纹高强螺栓应力仿真分析，施加保证载荷48100N，其中螺纹部分画成按公称应力截面积折算直径的圆柱体，即圆柱体直径为8.59mm，螺杆和螺帽交界处的过渡圆角半径为1mm，并尝试分析了不同网格密度对应力值的影响。

       结果发现只施加螺栓的保证载荷，计算得到螺杆部分的应力值和手工计算值吻合，约为830MPa，但螺杆和螺帽的交界处（已做圆角处理）的应力为1779.8MPa，远超出了螺栓材料的抗拉强度，说明在交界处已出现屈服和断裂，这怎么和≤保证载荷下螺栓正常使用相互矛盾呢？请问各位大侠是如何处理的？

       模型示意图：

       加载示意图：

      

     不同网格密度对应的分析结果，由于螺栓是分析对象，所以就不show另外两个工件：

网格数量为：14275

网格数量为：105209

网格数量为：124455

网格数量为：164359

网格数量为：178080

网格数量为：197051

汇总结果如下表：

Mesh	Relevance:100
	Relevance Center
	Coarse	Medium	Fine+Body Sizing
			－	0.5mm	0.25mm	0.15mm
Element Number	14275	105209	124455	164359	178080	197051
Max. Stress	2078	1783	1908	1899	1796	1780

请教各位大侠：
1.从表中看出，随着网格数量的增加，应力为什么先减小再增大然后再减小呢？
2.简化螺栓螺纹段为圆柱体时，是以螺纹直径为准还是以公称应力截面积折算直径为准？
3.螺杆和螺帽的交界处（已做圆角处理）的应力为1779.8MPa，远超出了螺栓材料的抗拉强度，说明在交界处已出现屈服和断裂，这怎么和≤保证载荷下螺栓正常使用相互矛盾呢？

rockwell

机械设计中有一句经典的话叫，“通常结构尺寸突变处会产生应力集中”，比如楼主的例子，本来是一根圆柱结果突然多了一个圆角，当然会产生应力集中，在一般机械类的书关于疲劳那章都有关于这个的介绍，计算出的最大应力除以没有应力集中部位的应力得到的数值称为应力集中系数，如果加大圆角的半径，这个应力集中系数就会降下来，楼主可以试试，另外当应力超过屈服极限时就会产生塑性变形，这样实际的应力也就会降下来了

hyc891

可以附带个模型吗？  我也算算

镡殳兔

个人认为，倒圆角的地方肯定是出现应力集中了，你可以用convergence试试收敛。网格越密，越容易捕捉应力集中点，越敏感。

zhxar606

关于螺栓建模问题，不知道各行业间是否有差异，我平时都是以螺纹的中径来建模，这点在我们进行国际认证的过程中也是得到认证机构的认可的。

janson

这个问题，我以前早提过，也做过对比计算，2楼说的有些道理，但，加大倒角解决不了问题；
经过一些讨论，认为应该属于软件计算里的应力歧义问题，原则上，可以看看应力过大区域相对于应力正常区域的尺寸或面积的对比，如果比例较小，可以认为此歧义可以忽略。。

jeannie

问一下高强螺栓拉力怎么提取

bob1992a

楼主的材料模型有输入塑形部分么？