技术专栏丨解读螺栓计算VDI2230技术

你是不是觉得螺栓的安全计算是个坑?国内教科书上的传统方法千遍一律,万年不更新,安全系数经验值一直无根无据,永远知其然不知其所以然;国际上的方法论逻辑缜密,却因语言、翻译等问题难以消化吸收。福利来啦!一直致力于国内外螺栓安全算法的理论研究与实战的邓业民先生,基于VDI2230提炼出精华,送给大家!

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VDI2230是什么

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VDI2230是德国工程师协会发布的指南,主要用来计算校核高强度螺栓连接的安全。此方法用于工程实践已超过25年,并被广泛认可及引用。

VDI2230包含两部分,Part1阐述单颗高强螺栓的计算方法,Part2 (2011年首次发布) 阐述多螺栓连接理论及仿真分析方法。

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VDI2230的计算流程

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计算的流程多种多样,本文根据不同的场景介绍了相应的计算方法,以供大家学习。找对计算方法将使你获得绝对可靠的计算结果哦!

场景一:无实测数据,无仿真条件。

A.新设计一个螺栓连接,执行图一的R00-R13步骤即可。(其中R00 为 作者新增的)

B. 对现成设计进行校核,执行图二的R0-R13步骤即可。(作者对某些步骤进行了相应调整)

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图一

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图二

场景二:具有摩擦数据、扭矩轴力等实测数据(这些数据一般可通过“螺栓紧固测试的装备”获得)。

注意:设计校核流程只针对场景一中的A情况进行了讨论,B情况同理亦然。

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图三

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图四

场景三:具有场景二的实测数据+FEA仿真数据 。

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图五 FEA仿真

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图六

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如何进行校核后的检查

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校核方法掌握之后,你是不是想问为什么要进行上述几项的检查与校核呢?读完下面的关键要点,你的疑惑将会消除。

1.确定装配应力

在最大限度的利用螺栓强度时,应特别关注螺栓在装配过程中会不会发生屈服或断裂!

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2.确定工作应力

应确保螺栓在工作过程中不会发生屈服或断裂!

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3.确定交变应力

交变应力是引起疲劳损伤或裂纹扩展的根本原因,螺栓也不例外!由螺栓疲劳断裂引发的事故触目惊心,我们必须重视起来。

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4. 确定表面压力

表面压力导致了与预紧力减少相关的蠕变,如果被夹件被压溃(塑性变形),预紧力的减少极易引发非旋转松动。

5.确定最小螺纹连接长度

为了防止螺栓连接由于啮合螺纹的脱扣而产生失效,螺栓螺纹与‘对手件’间应保证足够的啮合长度。

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6.防止滑移和确定剪切应力

对于横向交变载荷,螺纹连接必须有足够的抗滑移能力,否则将产生旋转松动并引起微动磨损、疲劳等问题。

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VDI2230的常见问题

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Q1: VDI2230的计算模型基于螺栓的弹性变形理论,对于塑性变形紧固和高温蠕变等应用场合(如角度紧固法、扭矩斜率法),如何来进行分析计算呢?

A1: 常规5项检查项目的上述数学公式表明前3项已无意义,此时摩擦系数已不再成为影响和预测螺栓应力的主导因素,但VDI2230的其它基本理论与分析手段依然适用或仍有借签意义。这种情况下,螺栓轴力实测的方法成为必要的补充手段,如贴应变片法、超声波测轴力法、压力垫片法等。

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Q2: 在运输或工作温度很高的情况下,哪些问题应当加以特别注意?

Q3: 如何进行有效防松?VDI2230哪些理论依据可以指导防松?最新防松技术与产品如何?

Q4: 如何提高螺栓连接的疲劳寿命?

本文摘自德国Schatz课程摘要,华人螺丝网整理编辑。因鉴于版面有限,未能全部刊登!更多有关于VDI2230螺栓的问题及答案,可到“华人螺丝网”螺丝商学院查阅。

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