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螺桿(紋、絲)樁的施工是近幾年樁基礎領域中初步發(fā)展起來的一種施工工法，而樁機的鉆桿內、外六方接頭在工作中承受較大的扭矩和豎向力，在鉆進的過程中，地質條件不同，受力狀況尤為惡劣，常出現(xiàn)早期強度不足和疲勞斷裂等不同原因的失效。實際施工中出現(xiàn)斷裂后處理不及時，會出現(xiàn)埋鉆等嚴重事故，造成極大地浪費。
鉆桿結構如圖所示，接頭1為外六方接頭，接頭2為內六方接頭，內、外六方接頭所選用的材料是45鋼。技術要求：鍛打、調質處理HB225-257，外六方表面高頻淬火HRC45-48。其主要參數性能為：彈性模量E=205GPa，泊松比u=0.29，屈服強度355Mpa。由于鉆桿接頭在使用過程中，地質不同、鉆孔深度不同、鉆頭形狀不同，會出現(xiàn)不同的使用工況，鉆桿接頭的受力也大不相同。工況1：螺桿樁機使用的三環(huán)減速機為：ZZSH580-200，電機型號：Y250M-6-37kW,輸出的有效扭矩為136kN，生產的螺紋樁深度為15m。工況2：三環(huán)減速箱改用ZZSH670-92，使用的電機Y315M-8-75kW，輸出的有效扭矩184kN，生產的螺紋樁深度為30m。根據山東某工地的地質報告和施工工法，計算出最大拔樁力分別為：596.31kN和609.12kN。因為地質情況不同，要求最大應力小于許用屈服應力，安全系數大于1.1，靜態(tài)CAE分析階段關注的重點是零件所承受的最大應力和設計安全系數。
在SolidWorks軟件狀態(tài)下，啟動SolidWorks Simulation程序，建立靜態(tài)研究算例，并設置結算器為FFEPIus，添加材質、約束，并進行網格化分，對圓角部分設置網格控制。本文中采用四面體網格，內六方接頭網格的大小為5.314mm，共計332455個單元；外六方接頭網格的大小為8.945mm，共計369926個單元，如圖所示。運行靜態(tài)分析模塊，獲得接頭的應力、設計安全系數。根據工況1的情況加載扭矩和豎向力，得到內六方接頭如圖的情況：接頭承受最大應力為262.1MPa，小于材料的屈服強度。
SolidWorks Simulation軟件對于單個零件疲勞分析是基于名義應力法的，其分析過程首先根據載荷譜確定零件危險部位的應力譜：而后采用材料的S-N曲線，經過計算結構危險部位的應力集中系數，結合材料的疲勞極限圖，通過插值將材料的S-N曲線轉化為零件的S-N曲線；最后再由載荷譜確定的應力譜，根據Miner線性損傷累積規(guī)則計算零件的壽命。在SolidWorks環(huán)境中激活SolidWorks Simulation，建立疲勞算例后，將有限元分析的算例作為恒定振幅疲勞事件添加，負載類型基于零(LR=0)，周期為1000。在有限元模型中應用/編輯疲勞數據，選擇從材料彈性模量派生，再選擇給予ASME碳鋼曲線，保存45鋼的疲勞SN曲線，即基于雙對數的疲勞曲線被載入，運行進行分析，得到接頭的生命總數(周期)和損壞百分比。對工況1運行疲勞算例，得到鉆桿內六方接頭的生命周期。對工況2運行疲勞算例，得到鉆桿外六方接頭的生命周期如圖所示。
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