Ansys WorkBench “等强度”螺纹联接之内锥螺母静力分析

      人们应用普通螺纹联接时主要考虑螺纹副旋合长度和部分长度的螺纹承受载荷，如果要使螺纹副旋合长度内，全部螺纹承受载荷，需要螺纹副的旋和精度非常高，也会使成本骤涨，于此同时无论是多么高精度的螺纹，都不可避免存在螺旋线误差和牙型角误差，不可能使全部螺纹承受载荷。所以需要另辟蹊径，通过结构设计使得螺纹联接达到“等强度”的效果。

      之前有分析过的锥螺纹联接，螺栓和螺母上都是有锥度的螺纹，应力集中在前两圈螺纹上。本次的“等强度”螺纹联接中螺母是具有锥度的螺纹，而螺栓是普通螺纹。螺栓的下端与内锥螺母的下端（小直径）旋合在一起，在不受力的情况下，螺母的上端（大直径）和螺栓的上端是不接触的，并且从下端到上端间隙逐渐增大；受力后，应力先从下端出现，逐渐延伸到上端。

      以下是内锥螺母与普通螺母的螺纹联接区别，左边是内锥螺母，截取中间部分螺母和螺栓没有接触；而右边是普通螺母，截取中间部分螺母和螺栓有一侧的面是接触的。

螺纹联接是复杂曲面，直接导入后打开系统默认无法处理会不予以显示，需要在导入模型后双击Geometry在SCDM中打开生成模型，再双击Model进入分析模块。

模型由三个零件组成，螺栓、内锥螺母（锥度1:100）和垫板。

材料使用默认的结构钢（Structural Steel）。

螺母与垫板、螺栓与垫板之间的接触都是有摩擦接触，接触面使用系统默认。

点击A4下Connections > Contacts > Contact Region 1/ Contact Region 2> Definiton > Type：Frictional；Friction Coefficient：0.15。

螺纹联接需要设置接触面，系统默认的接触面过于繁杂，对于内锥螺母来说，只会有一侧面受力。

根据内锥螺母的接触图选中相应面设置螺纹联接的接触。

点击A4下Connections > Contacts > Contact Region 3>Scope > Contact 和Target选择相应的面。

Definiton > Type：Frictional；Friction Coefficient：0.15。

下图中螺栓和螺母同角度看过去，可以看到螺栓上的接触面（蓝色面），而螺母上的接触面与螺栓接触面相对，在这个角度无法看到。

设置整体模型的网格尺寸，

右键Mesh > Insert > Sizing > 选中所有模型 > Apply；Element Size：1mm。

设置接触区域的网格尺寸，将其细化，

右键Mesh > Insert > Contact Sizing > Contact Region：选择螺纹联接区域；Element Size：0.2mm。

设置固定约束，

点击A5 > Support > Fixed Support > 选中螺母底面 >Apply 。

设置螺栓预紧力Bolt Pretension，

点击A5 > Load > Bolt Pretension > 将模型剖开选择螺栓杆的一个半弧面 > Apply > Preload：4000N。

结果查看Z轴上形变、整体等效应力和螺栓等效应力，求解。

查看整体等效应力，不显示网格，显示比例1:1。

与普通螺纹联接的不同，在每圈螺纹上都有应力，虽然在下端几圈应力有些大，但是比起普通螺纹联接，更加接近“等强度”。

下图是使用相同条件求解出的普通螺纹联接的应力图，很明显应力集中在前几圈。

查看“等强度”螺纹联接中螺栓的等效应力，在每圈螺纹上都要一些相同颜色的应力区域。