臺灣博碩士論文加值系統

實際上在螺栓受到單軸向拉力時，各螺牙受力上並不平均，應力集中之現象會發生在螺栓接頭的頂端，故螺栓在承受軸向拉力時，螺紋的頂端處會是最先發生破壞之部位，故在結構設計中，降低螺栓牙根的應力分析是一項非常重要的工作。本文使用非線性有限元素法探討螺紋牙根在不同圓角、深度、結構及塑性變形下的應力分佈。分析結果顯示，在深度未改變下，增大螺紋根部圓角半徑可降低螺紋根部的應力集中。在深度改變下，增大圓角亦會使螺紋根部應力減小，但當圓角過大時，會受限於幾何的關係使得應力增大。而在塑性變形下，當第一個螺牙負載過大到達降服後，其餘負載會馬上傳到第二個螺牙，使第二個螺牙接著降服，會使螺牙平均分擔負載，讓每個螺牙的應力趨於平均。另外，改變螺帽結構並做了不同尺寸的參數，探討各個尺寸對螺栓螺牙應力的分佈與影響。

In structural design, thread is a very critical issue that can never be ignored. This thesis uses a nonlinear finite element method to study the stress distribution of the thread under different fillet radius, depth, structu-
re and plastic deformation. The analysis showed that the depth is not changed, increase the root fillet radius can reduce stress concentration of the thread root. In depth change, increase fillet radius will also make the thread root stress decrease, but when the fillet is too large, lead to roots become sharp, it will make the thread root stress increase. Under the plastic deformation, when the first thread of load too large to reach the yield, remaining load will be spread to the second thread, the second thread immediately yield, it will make each thread of the stress tends to average. In addition, change nut structures and parameters of different dimension, study the effect of different dimensions of stress in bolt thread

誌謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 2
1.2 文獻回顧與研究方法 3
1.3 本文內容簡述 5
第二章 相關理論 6
2.1 軸對稱理論 6
2.2 軸對稱問題之元素特性 8
2.3 接觸分析處理 11
2.4 材料塑性變形介紹 15
2.5 螺栓承受負載下的力流行為 19
2.6 Update Lagrangian Formulation(ULF)理論 21

第三章 螺栓參數應力分析 24
3.1 模型尺寸、材料性質與邊界條件 24
3.2 圓角半徑對螺紋根部應力影響 29
3.3 螺栓螺紋深度對螺紋根部應力影響 31
3.4 材料的彈塑性變形對螺紋螺牙的應力影響 37
第四章 螺帽幾何改變對螺栓螺牙根部影響 44
4.1 幾何模型建立與尺寸 44
4.2 分析及模擬結果 47
第五章 結論與未來展望 55
5.1 結論 55
5.2 未來展望 57
參考文獻 58
附錄A 螺栓預力參考表 60
附錄B 螺帽何改變FEM模型 61
附錄C 螺帽幾何改變各方向應力值 62

[1] 薛強, 苗德華, “鋼軌接頭螺栓的有限元應力集中分析” ,天津科技大學機械工程學院, 2004.
[2] 方棟, 陳繼志, “高強度螺栓螺紋根部應力集中的有限元分析” ,洛陽船舶材料研究所, 2006.
[3] Gary L. Kinzel, “Reduction of Stress Concentration in Bolt-Nut Connectors” , Transactions of the ASME Vol. 128, NOVEMBER 2006.
[4] 方亮彬, 毛祚飛, “醫療用螺栓之有限元素法學分析” ,建國科技大學機械工程學系, 2008.
[5] ROBERT C. JUVINALL, KURT M. MARSHEK, “Fundamentals of MACHINE COMPONENT DESIGN” ,John wiley & Sons Pte Ltd ,2006.
[6] 朱鳳傳, 康鳳梅, 黃泰翔, 施議訓, 劉紀嘉, 許榮添, 簡慶郎, 詹世良, “機械設計製造手冊”,全華技圖書有限公司, 2007
[7] ZHAO Hua,“Analysis of load distribution in a bolt-nut connector”Computer and Structures ,1994.
[8] 陳漢張, “軸對稱擠製加工問題之有限元素分析” ,國立中央大學碩士論文, 2001.
[9] K. L. Johnson, “Contact mechanics” ,Combrige University Press, 1985
[10] 彭紹禹, “預力與間隙對搭接板螺栓負載分佈影響” ,逢甲大學碩士論文,2011