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通过本课程学习，我们将帮助您掌握螺纹力学，了解各类螺栓设计方法以及VDI 2230指南的底层逻辑与核心思想；了解和掌握VDI 2230高强度螺栓连接结构的设计原理、方法和流程，提高您的设计能力和水平；学习和应用VDI 2230设计指南与有限元仿真技术，为您的设计提供高精度的验证和优化，解决实际工程中的难题和挑战。
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课程详情
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你是否想要掌握VDI 2230设计校核的全流程和方法，提高你的设计能力和水平？
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本课程将带你深入了解螺纹力学、了解VDI 2230指南的设计思维，让你掌握VDI 2230设计校核的三大部分、十四步骤，以及如何运用有限元仿真对部分设计步骤进行高效和更精确的替代。
本课程将结合真实的工程案例和项目，让你亲身参与VDI 2230设计校核与有限元仿真的实战演练，让你在动手操作中提升你的设计能力和水平。
本课程适合有一定设计基础，想要进一步提高设计能力和水平，以及想要学习和应用有限元仿真技术的工程师和设计师。
通过本课程的学习，你将能够：
- 了解螺纹力学知识，掌握预紧力、紧固力矩、松动力矩、等效摩擦直径的计算方法。
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螺栓连接导论
本课程主要讲授VDI 2230 Part I的计算流程，以及如何用有限元仿真方法替代部分设计步骤或得到更加精确的计算结果。
VDI 2230是一种用于计算和校核高强度螺栓连接的标准，由德国工程师协会VDI发布。它适用于钢制高强度螺栓连接，可以帮助设计师选择合适的螺栓型号、拧紧力矩、预紧力，并通过校核判断螺栓选型是否符合工况要求。VDI 2230的核心是计算载荷并与材料极限比较，其底层逻辑是在计算准确性与简便性中取平衡。
螺纹力学
螺纹力学：研究螺纹本身的受力情况，不涉及连接结构。主要解决问题：
1. 如何计算螺栓的紧固扭矩与松动力矩？
2. 通过扭矩如何计算预紧力，反之亦然？
3. 螺栓的5-4-1准则是什么？怎么来的？
4. 螺纹是如何实现自锁的？条件是什么？
5. 不同牙型螺纹的拧紧方式一样吗？
6. 支承面等效直径是什么？
紧固连接系统受力分析：研究螺栓与被连接件的受力变形协调行为。主要解决问题：
1. 拧紧时螺栓与被连接件的变形情况。
2. 受工作载荷时螺栓的夹紧载荷增加多少？
3. 工作载荷是如何分配到螺栓与被连接件的？
4. 工作载荷下螺栓和被连接件是怎么拉长的？
VDI 2230 Part I计算流程
应用VDI 2230算法进行单个螺栓连接的分析计算，其给定的条件为: 螺栓连接功能、载荷、几何形状、材料、强度等级、螺栓连接元件的表面状况、拧紧工艺、拧紧工具等。计算过程主要分成三大部分:
1.分析计算数据准备
R0:确定螺栓的公称直径d和栓连接结合面尺寸的限制值G(或G’)。
R1:确定拧紧系数αA。
R2:确定所需的最小夹紧载荷 FKerf。
2.螺栓连接的载荷-变形关系计算
R3:将工作载荷划分为FSA和FPA，确定δS、δP、n和φ。
R4:确定预加载荷的变化 FZ、ΔFVth’。
R5:确定最小装配预加载荷 FMmin。
R6:确定最大装配预加载荷FMmax。
3.应力计算及强度校核
R7:确定与装配应力相关的σred,M、FMzul；校核螺栓尺寸。
R8:确定工作状态下的相当应力σred,B，校核安全系数SF。
R9:确定交变应力幅σa或σab，校核安全系数SD。
R10:确定表面压力Pmax，校核安全系数 SP。
R11:计算或/和校验螺纹最小旋合长度 meff min。
R12:确定抗滑移安全系数SG；计算过载时最大切应力τQmax，校核安全系数SA。
R13:确定拧紧扭矩MA。
4.附带工程实例
核心参数求解及难点分析(含FEM)
核心参数
许用装配预加载荷FMzul：为了保证螺栓预紧过程中不发生屈服，并且使得螺栓尽可能达到其最大承载能力，需要确定合适的螺栓许用装配预紧力。
等效单轴应力的计算方法σred：由于装配拉伸应力σM和扭转应力τM的存在，使得螺栓处于双轴应力状态。需要通过选取恰当的准则，将双轴应力状态等效为单轴应力状态，与单轴拉伸试验获得的材料屈服强度进行对比，来判断螺栓是否在拧紧过程中会发生失效。
螺栓抗扭截面系数WP：是一个与螺栓截面几何形状和材料性质相关的系数，用于评估螺栓在受到扭矩负载时的抗扭性能。
工作应力σred,B：具有轴向分量的工作载荷通常使应力增加。为了防止螺栓在工作中屈服，需要检验此参数。
交变应力σa、σab：螺栓连接件在承受交变应力时，首圈螺纹局部可能承受高达10倍的应力峰值，因此承压能力相比静态压力显著降低。
最小联接长度meff min：载荷较高时，如果啮合圈数少，可能会发生螺纹脱扣的问题。
重难点
载荷分配系数Φ：工作载荷会按照一定的比例分配到螺栓上，Φ即为分配比例。
载荷引入系数n：偏心连接往往会导致与同心连接不同的受力状态，n的作用就是简化不同的偏心状态的受力计算。
负载偏心距a：定义为轴向工作外载FA的替代作用线与横向虚拟对称变形体轴线的距离。在该位置可以保证当将单螺栓连接从多螺栓连接结构中拆分出来后，其受力状态仍然与其在多螺栓连接结构中的受力状态是等价的。
单侧离缝的力学分析：当螺栓连接的结合面边缘处的压应力降为零时，将出现被夹紧件间单侧离缝。由于不利的几何形状条件(如结合面过大或偏心度过大)，甚至在预加载件下也会出现这种情形。这是在设计中需要避免的。
嵌入引起的预紧力损失：螺栓连接结构在组装期间与组装完成后，即使加载低于屈服点、小于极限表面压力，螺栓头也会出现局部塑性变形，使得连接件松弛。螺栓受载面与连接件承压表面以及其他界面的表面粗糙度塑性整平都称为“压陷”。由材料的蠕变引起的预载荷随时间的损耗称作“松弛”。
浅谈多螺栓连接计算(含FEM)
机械设计手册方法：轴向载荷接头受力分析、翻转载荷接头受力分析、横向载荷接头受力分析、横向载荷抗剪接头受力分析、扭转载荷接头受力分析、扭转载荷抗剪接头受力分析。
VDI 2230 Part II中的螺栓有限元：FEM可以在设计螺栓连接中做出的贡献主要取决于建模水平，包括理想化的螺栓连接单元和部件、以及理想化的分界面、预加载力的模拟和工作载荷。FE模型的要求通常随着螺栓连接细节的增加而增加。FE可计算的内容越多，VDI 2230 Part I规定的可用于分析设计的计算结果越准确越全面，并且FE可以替代或扩展的计算步骤越多。使用 FEM 可以开辟比 VDI 2230 Part I更大的应用领域。VDI 2230 第1部分的应用限制基本来自底层分析计算模型，这些限制主要是对尺寸的限制G或G'。使用FEM意味着不需要注意这些限制，因为在 FEM 计算方法是通用型的。并且，FEM提供了进一步的可能性，特别是考虑到：
⭐ 非线性材料特性（如：塑性或蠕变）
⭐ 非线性约束（如：接触面的载荷依赖）
⭐ 几何非线性（如：模拟拧紧过程中的大变形）
结语
VDI 2230如何快速入门？
对VDI 2230指南的个人见解。
