ANSYS_螺栓预紧模拟技术
ANSYS Workbench中一种螺栓预紧力施加方法
ANSYS Workbench中一种螺栓预紧力施加方法
螺栓预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性,以防止受载后被联接件间出现缝隙或相对滑移。
对于有螺栓联接的机械结构有限元分析,如何将其施加于模型上,较好地模拟螺栓受力情况达到在有限元分析中的准确加载并得到正确的分析结果,有一定难度。
本文介绍在ANSYS Workbench中施加螺栓预紧力的一种方法。
1. 分析对象
分析对象为法兰1/12模型，上下两个法兰由螺栓预紧，中间垫有垫片，几何模型如图1所示。
图1 1/12法兰模型
2.创建局部坐标系
在螺栓杆上创建局部坐标系，并将Z轴方向调整至与螺栓杆轴向一致，便于后续预紧力的施加，创建完成的局部坐标系见图2。
图2 创建局部坐标系
3.接触设置
法兰与垫片之间采用粗糙“Rough”接触方式，如图3所示，其他接触对采用绑定“Bonded”接触方式。
图3 粗糙“Rough”接触方式
4.网格划分
螺栓头、螺栓杆和螺母采用拓扑共享，螺栓与法兰接触区域采取局部控制，网格划分结果如图4所示。
图4 网格划分结果
5.螺栓预紧力施加
上下法兰受螺栓预紧力，法兰内侧面受5MPa压强，上法兰上端面受1000N拉力。
载荷的施加分三个载荷步，第一个载荷步施加4000N的螺栓预紧力，第二和第三载荷步设置为“LOCK”状态，其他两个外载荷均在第三个载荷步施加。
螺栓预紧力施加方法如图5所示。
图5 螺栓预紧力施加
6.法兰与垫片接触结果
（a）接触状态（b）接触压力
（c）接触间隙（d）接触渗透
图6 法兰与垫片接触结果。
ANSYS chapter9螺栓预紧单元
螺栓预紧
...典型过程
– 下一步，填写对话框 下一步， 指定截面号和名称
Training Manual
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
此例中Y-轴沿着 指定预载荷方向 (此例中 轴沿着 此例中 螺栓轴线 )
– 点击 OK 将把螺栓的单元分割成两个分开的组，它们通过预紧单元连 将把螺栓的单元分割成两个分开的组， 在一起. 在一起
施加预载荷后，施加整体结构的其它载荷 施加预载荷后，施加整体结构的其它载荷.
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螺栓预紧
...典型过程
前例的变形几何模型图和螺栓力
Training Manual
October 15, 2001 Inventory # 001567 9-18
– 跟随菜单提示 在分割螺栓处选择单 元窗口
Training Manual
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
拾取节点以指明在何处分割 螺栓. 螺栓 此位置将建立预紧节点. 此位置将建立预紧节点
October 15, 2001 Inventory # 001567 9-10
Training Manual
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
下面将展开说明步骤 3 和 4 .
October 15, 2001 Inventory # 001567 9-7
螺栓预紧
...典型过程
建立预紧单元
Training Manual
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
ANSYS螺栓仿真校核技术专题
密封件或其他夹紧装置要求
8
螺纹分析
应力集中系数计算 螺纹失效及相关分析
9
多组螺栓装配过程分析
优化螺栓装配先后顺序
10
螺栓动刚度振动分析
振动过程动刚度分析和匹配
11
垫圈分析
垫圈失效校核
12
螺栓磨损分析
磨损分析，磨损疲劳
13 螺栓热机效应，蠕变，松弛分析 热机效应，蠕变，松弛等
螺栓仿真分析部分案例
压力容器法兰联结螺栓螺 纹疲劳计算 压力容器密封性能分析 螺栓应力集中系数计算 考虑复杂边界的永磁电机 建模方法及其模态分析研 究报告 复杂电子机箱模态分析
柔性连接：弹性连接、软轴连接
移动连接：滑动连接、滚动连接
转动连接
螺栓连接
• 螺栓连接形式
螺栓连接
• 螺纹设计输入
螺栓连接失效模式与相关试验
螺栓连接失效形式
• 螺栓不能提供充分的夹紧力，密封不够； • 被连接件挤压强度破坏； • 螺栓过载失效（螺栓载荷超过屈服载荷；螺栓载荷超过了拉伸强度，螺栓
剪切失效） • 螺栓疲劳失效（螺纹失效、螺栓头和螺杆过渡圆角、螺纹与光杆过渡处） • 螺纹剥离；
细节结构VS连接
• 连接分类
机械连接
铆接、螺栓连接、键销连接、弹性 卡扣连接等
静联接
焊接 粘接
利用电能的焊接（电弧焊、埋弧焊、 动连接 气体保护焊、点焊、激光焊） 利用机械能的焊接（段焊、冷压焊、 爆炸焊、摩擦焊等）
粘合剂粘接；溶剂粘接
不可拆固定连接：焊接、铆接、粘接 等
可拆固定连接：螺纹连接、销连接、 插接等
➢ 螺栓与螺母的螺纹接触处采用cylindrical joint的方式定义
➢ 通过插入命令将joint 修改为screw joint， 并定义节距
ANSYS高级接触和螺栓预紧培训手册
• 接触是一种常见的物理现象，也是 ANSYS 用户最常使用的非线性 特性。
• 接触用于分析各种类型的模型，典型应用包括:
– 动力冲击 – 板成形 – 螺栓连接 – 零件装配 – 紧配合 – 纯压缩边界条件
• 所有这些应用及其它许多应用都可用 ANSYS 接触功能来模拟。
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3-23
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
接触刚度
... 基本内容
Training Manual
• 接触刚度 是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数.
• 你必须仔细选定一个合适的接触刚度.
– 平衡收敛效率和计算精度之间的关系.
– “最好” 的值是与问题相关的, 必须不断通过验证计算来确定. • 使用一个试验值, 然后考察收敛性和计算精度.
接触刚度
... 基本内容
• 作为分析人员, 将面对困难的选择:
– 小的穿透计算精度高. • 因此, 接触刚度应该很大.
– 然而, 太大的接触刚度会产生收敛困难. • 模型可能会振荡, 接触表面互相跳开. F
F
F接触
Training Manual
F
迭代步 n
迭代步 n+1
迭代步 n+2
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介绍
课程内容
• 用户手中的培训手册是本幻灯片的完成拷贝。 • 练习的详细内容和指导在练习题附录中。
• 练习题所需文件可向指导教师索取。
Training Manual
October 15, 2001 Inventory # 001567
ansys螺栓仿真校核技术
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螺栓失效与校核
3
提取支反力，结合标准进行校核 ✓ Fixed Joint ✓ Beam Connection
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螺栓失效与校核
螺栓失效与校核
11
实体建模 ✓ 简化螺栓 ✓ 施加预紧力
螺纹连接的地方处理为绑 定
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螺栓失效与校核
实体建模，考虑螺纹连接 ✓ 不考虑螺纹几何 ✓ 通过定义参数考虑螺纹
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螺栓仿真校核技术培训
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螺栓失效与校核
2
模拟方法： ✓ 不建立几何，通过支反力校核 ✓ 建立螺栓关系，采用Beam Connection施加预紧力 ✓ 建立线体，施加预紧力 ✓ 建立螺栓实体，不考虑螺纹，施加预紧力 ✓ 建立螺栓实体，考虑等效螺纹效应 ✓ 建立螺纹特征，进行精细分析
螺栓失效与校核
Beam Connection：rporation Ltd. All rights reserved.
螺栓失效与校核
8
线体建模 ✓ 线体简化 ✓ 施加预紧力
通过Pinball半径来设置连 接区域
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螺栓失效与校核
13
实体建模，考虑螺纹连接 ✓ 建议采用精细的网格划分
ansys螺栓预紧单元的创建(中文说明)
ansys螺栓预紧单元的创建（中文说明）1、定义螺栓在ANSYS中直接使用创建体积的命令创建一个圆柱体和两个环，并将它们组合成螺栓。
注意固定螺栓2、定义预应力psmesh命令使用功能：生成预拉伸截面网格，创建并分割预拉伸截面secid：唯一的剖面号，截面号，这个号应该没有被用。
name：截面名字P0：预紧（预拉伸）节点数。
如果不存在，将生成一个。
真正保存的是最大值加1。
一组，numpsmesh将操作的单元组，如果egroup=p，激活图形拾取，并且num被忽略（仅在gui 的条件下有效）L（orline）-在num指定的线上的所有单元格中执行psmesh。
num上附加了一个新的预加载点或者它下面的实体上。
任何后来对num的lclear操作将删除预紧单元和psmesh创建的节点（orarea）-psmesh在num指定的所有面上的单元格中执行。
num上会附加一个新的预加载点或者它下面的实体上。
任何后来对num的aclear操作将删除预紧单元和psmesh创建的节点V（orvolu）-psmesh在num指定的所有实体上的单元中执行。
num上附加了一个新的预加载点或者它下面的实体上。
任何后来对num的vclear操作将删除预紧单元和psmesh创建的节点P-psmesh将在以后选择的所有单元上执行，num将被忽略。
all命令将在所有选定的单元格上执行，num将被忽略。
kcn：分离面和法线方向所用的坐标系号Kdir：在KCN坐标系中，分离面的法向（x、y或Z）如果kcn是笛卡尔坐标系，预紧截面的法线方向平行于kdir轴而不管预紧节点的位置。
如果KCN不是笛卡尔坐标系，则预加载截面的法线方向与KCN坐标系中预加载节点处KDR的方向相同。
value：在kdir轴上，分离面的位置点。
如果指定了ndplane将被忽略。
Ndplane：现有节点。
Psmesh用于生成分离面的位置。
如果ndplane提供了分离面的位置，则由ndplane的kdir坐标确定。
利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究_李会勋
第25卷第1期山东科技大学学报(自然科学版)Vol.25No.1 2006年3月Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science)Mar.2006文章编号:1672-3767(2006)01-0057-03利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究*李会勋1,胡迎春1,2,张建中3(1.广西大学机械工程学院,广西南宁530004;2.广西工学院计算机工程系,广西柳州545006;3.山东科技大学机械工程系,山东泰安271000)摘要:在螺栓联接的有限元分析中准确模拟螺栓的预紧力是一项复杂而困难的工作。
论述了利用有限元技术在ANSY S中模拟螺栓预紧力的预紧力单元法、降温法和渗透接触法等方法。
通过对比发现预紧力单元法能较好的模拟实际预紧力,从而为有限元分析中施加预紧力载荷提供了可靠的理论和应用依据。
关键词:AN SY S;预紧力单元法;降温法;渗透接触法中图分类号:T H123.4文献标识码:AStudy on Simulating Bolt Pretension by Using ANSYSLI Hu-i xun1,HU Ying-chun1,2,ZH ANG Jian-zhong3(1.College of M echanical Eng.,Guangx i University,Nanning,Guangx i530004,China;2.Dept.of Computer Science,GuangxiPolytechnic College,Liuzhou,Guangxi545006,China;3.Dept.of M echan i cal Eng.,S UST,Taian,Shandong271000,China) Abstract:It is quite complex and difficult to simulate bolt pretension accurately in the analysis of bolt joint by finite element method.T hree methods such as the pretension element,decreasing temperature and pene-trative contact methods are discussed in ANSYS by using finite element technology.And comparisons of them find that pretension element method could be the best w ay to simulate the real bolt pretension,pro-viding a reliable theoretic and application bases for pretension loading in the analysis of bolt joint by using f-i nite element method.Key words:ANSYS;pretension element method;decreasing temperature method;penetrative contact method受拉紧螺栓联接是机械结构中应用最广泛的联接方式。
ansys技巧总结_螺栓连接的模拟实现问题
ansys技巧总结_螺栓连接的模拟实现问题
刚做完钢结构节点有限元分析。
效果不错。
我的做法螺栓用psmesh施加预应力，
两块端板间采用接触技术。
螺栓连接的模拟实现问题，还是要看你想研究目的是什么。
如果研究节点的性能可以实体建模用premesh和接触分析，但很耗资源，因为包含接触非线性与材料非线性，我做过一颗螺栓的问题，大概五小时的时间，1G的结果文件。
如做框架分析就约束方程较为简单。
这个问题，我看大家都比较关心，的确这也是一个比较实际的问题
我的看法如下：
一，如果分析螺栓本身，那么用接触分析比较好，国内是实际例子也比较多，就是归于节点分析一类
二。
如果螺栓没有相对构件的平面位移，那么用预紧单元+粘结即可
三，也可以考虑在螺栓位置加较大数量级的对称压力
四，耦合，说白了，就是强制让相关节点的某些自由度一致。
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安世亚太 王昱皓
螺栓预紧
• 模拟螺栓结构时，考虑螺栓的紧固带来的预加载 （或预拉伸）是十分重要的. • ANSYS可以很容易的模拟螺栓预紧:
– 预拉伸单元 PRETS179 – 自动预拉伸网格的生成 – 多个螺栓预紧的顺序模拟
螺栓预紧产生 的应力
ANSYS模拟螺栓的一般过程
• 5个主要骤
1. 2. 3. 4. 导入或创建几何模型，包括螺栓和其连接结构. 给所有部件划分网格. 创建预拉伸单元. 施加载荷并且使用多载荷步进行求解: 在WB下 • Load step 1 ：施加螺栓预载荷 合二为一
• Load step 2： 固定螺栓长度 • Load step 3： 施加结构上的其它载荷
5. 观察结果.
应用实例
应用实例…
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