螺栓在预紧过程中因受到拉力和扭矩的共同作用而始终处于复杂的多轴应力状态下,因此,在有限元软件中准确地进行螺栓的预紧仿真,对于分析含螺栓结构的强度及可靠性十分重要。基于ANSYS软件,提出转角法预紧螺栓的方式,即固定螺母并在螺栓头施加一定转角,可真实模拟螺栓的预紧过程。与预紧单元法相比,转角法不但能得到准确的轴向拉应力,还能得到准确的切应力,应力仿真结果与理论计算值的误差均在3%以内。转角法预紧能够准确模拟螺栓在预紧过程受到的拉扭复合应力作用的状态,为准确分析螺栓杆受力、螺纹表面应力应变分布提供了一定借鉴意义。

销轴受到剪切力作用被认为是滚子链条静强度破断的主要原因。文中采用材料力学方法对销轴的受力状况进行了分析,认为销轴除了受到剪切作用外,还受到弯曲作用。计算了60滚子链的销轴在静强度破断时受到的最大弯矩和最大剪力,并据此计算出最大切应力和最大正应力。计算结果表明,销轴受到的最大拉应力大于最大切应力。最后给出了新的销轴静强度校核公式。

本文以材料力学教材中关于圆轴自由扭转下切应力的公式推导为例,通过几何、物理、静力关系的综合推导说明了这一思维方式的重要性。在静力关系这一环节中,给出了几个新的命题,通过对命题的证明阐明了教师在教学过程除了要熟悉基本知识点和具备扎实的数理功底,还要注重思维方法的归纳总结和知识深度的挖掘。本文同时也为研究型教学的开展积累了一些经验。

重载螺旋压缩弹簧常用于大载荷矿山机械的振动控制系统中。由于其几何结构的不对称性,容易发生弯曲变形,造成系统发生横向振动,甚至导致系统失效。采用有限元方法数值分析了这类弹簧在轴向和径向载荷作用下的刚度和最大切应力。结果表明,采用螺旋压缩弹簧的经典理论公式计算重载弹簧的刚度和应力会产生较大误差。其中弹簧的轴向刚度不应忽略并紧圈变形所产生的影响,而在轴向载荷作用下的最大切应力则会受到轴向载荷偏心的影响,且与偏心的方向有关。弹簧在轴向和径向载荷共同作用下的径向刚度与径向载荷作用点位置有关,因此在实际使用中必须选择合理的弹簧安装方式。

圆柱螺旋弹簧的刚度和切应力计算公式很难记忆，引入正方体体积和长方形面积的概念能使计算变得简单、快捷、方便。