拉力作用下高强螺栓连接的ansys模拟
拉力作用下高强螺栓连接的有限元模拟
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中 国铁 道 出版 社 ．９２ １ １１ ３ １ ８ ．０ 的波峰振荡 和回退 阶段 ， 因卸载而 ［ ． Ｌ ｅａｄＰ． ．ｙ ｎ ｓ ａｇ ｌ ｔ ｅ ｒ ｔ ｎ ｏ ｅｍ ２ Ｅ Ｈ． ｅ ｎ Ｊ Ｓ Ｓ ｍｏ ｄ，Ｌ ｒｅｐａ ｉｄ ｆ ｍａｉ ｓ ｆ ａ ｓｃ ｏ ｏ ｂ 进入完全弹性 阶段 ， 最后 阶段发 生弹性 振动 等 ， 到 因而 包含 了不 ｕ ｄｒ ｒｎｖｒ ａｔＪ ． ｐ． ｃｈ ， ９ ２ １ ）３ ８３ ４ ｎ ｅ ｔ ｓｅｓ ｉ ｃ［］Ａｐ１Ｍｅ ． １ ５ （９ ：０ —１ ． ａ ｅ ｍｐ 同的物理 现象。
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维普资讯
第３ ２卷 第 ２ ｌ期
・
５ ・ ６
２ ００ ６年 ｌ１月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎ Ｃ ｎ 瓜 Ｅ
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ． １３ ２１ Ｎｏ ｖ． ２ ０ ０６
Ansys螺栓预紧力模拟
Ansys螺栓预紧力模拟螺栓连接是机械设计中比较常见的一种连接固定方式，为了保证连接的可靠性，需要通过拧紧螺栓的方式施加必要的预紧力来防止螺纹松脱，本文通过一个简单的实例来计算螺栓的预紧力，以及模拟螺栓连接受到预紧力时的应力应变情况。
一、建立CAD模型在CAD中建立以下螺栓连接模型，钢板在中间，螺栓和螺母上下锁死。
螺纹规格为M10 x 1.5，为了简化，没有对螺纹进行建模：二、校验最大预紧力和锁紧扭力根据以下公式校验螺栓能够承受的最大预紧力：安全系数取1.5，结构钢屈服应力为250MPa，螺纹大径为10mm 可以得到最大预应力为P = 0.67*(250x3.14/4*100)=13,155KN根据以下公式计算该螺栓可以承受的最大扭力：T = 0.2*0.01*13155 = 26.3Nm.三、设立边界条件1）将模型导入Ansys workbech, 将三个零件的材料设为结构钢。
2）接触面设置：a. 将螺栓和钢板的接触设置为“Friction”，摩擦系数设为0.15。
b. 将螺母和钢板的接触设置为“Friction”，摩擦系数设为0.15。
c. 将螺栓和螺母的螺纹连接设置为'Bonded'，接触行为设为非对称“Asymmetric”，打开修剪接触，将公差设为1mm：3)预紧力设置：首先设置预紧力施加的位置，需要先建立一个坐标系，这里选择钢板上下面作为参考面，生成的坐标系会坐落在钢板的中间平面。
然后选择螺栓body，选择刚建立的坐标系，设置预紧力大小为5KN。
注意预紧力那两个箭头要跟螺栓的中心轴方向一致，箭头所指的位置就是预紧力作用的位置。
预紧力作用的位置4）网格设置基础网格大小设为2.5mm，追加接触面网格细化（0.5mm）和螺栓细化(1.5mm）。
5）约束设置：将钢板四周面设为固定面。
四、求解器设置和结果求解步骤需要设为两步在预紧力中将第一步设为Load 5KN, 第二步设为Lock整体形变，注意到最大变形发生在预紧力施加的位置：整体应力分布：螺栓应力分布，最大应力在根部：安全系数分布：变形动画，可以看到螺栓和螺母在锁紧扭力的作用下相对移动，这个与实际操作相符。
ANSYS螺栓仿真校核技术专题
螺栓处理方式（1）
➢ 法兰结构，螺栓及螺母采用真实螺纹形式进行模拟，螺母处螺纹采用螺栓几何作为工具 进行布尔操作
➢ 在螺纹处网格密度足够的情况下，此种方法对刚度的模拟非常准确 ➢ 网格大部分情况下都是四面体网格，需要检查网格质量 ➢ 如果想要得到准确的应力分布变形分布，网格必须足够的细密
螺栓处理方式（9）
➢ 通过Body-Body插入Beam
− 在上下法兰间只有一个 beam188单元
− Scope：法兰螺栓孔的边或者是 表面
− 本方法不能直接使用螺栓预紧力 载荷，需要通过APDL命令施加。
螺栓处理方式
目录
• 螺栓失效及校核方法 • 螺栓处理方式及ANSYS操作技巧
• 螺栓处理方式 • ANSYS操作技巧
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
螺栓处理方式（2）
➢ 法兰结构，螺栓及螺母采用实体进行模拟，但移除螺纹 ➢ 注意螺栓杆的刚度，尽量不改变螺栓杆的刚度，否则会影响螺栓的变形及系统中载荷的
传递 ➢ 网格大部分情况下都是四面体网格，需要检查网格质量 ➢ 如果想要得到准确的应力分布变形分布，在螺纹位置的网格需要尽量的的细密
螺栓处理方式（3）
• 基于VDI2230的螺栓强度及疲劳分析工具
• VDI2330简介 • Bolt Assessment inside Ansys简介 • 实例演示
VDI2230准则
• 发展历程
− VDI：德国工程师协会 − VDI2230是以前的VDI设计组ADKI和
现在的VDI联合会的螺栓连接委员会 多年工作的成果 − 1974年12月版；1977年10月版； 1986年7月版 − 2001年10月修订版；2003年2月版 − 2014年12月part2
基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法研究共3篇
基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法研究共3篇基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法研究1基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法研究随着各种精密机械设备的发展，螺栓固定在机械组件中扮演着重要的角色。
螺栓固定不仅能够保证机械装置的牢固性和安全性，同时还能够保障机械设备的正常运转。
因此，对于螺栓固定系统的研究一直是机械工程领域中的热点问题。
而本文主要研究基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法。
螺栓在结构中的主要作用是通过扭转力矩来保证结构的牢固性和安全性，因此对于螺栓的建模方法需要考虑到其实际的运动学特性。
本文针对螺纹精度、法兰面边界、堆垛印痕等结合面的特性，将螺栓与接口处装配的零件一起建模，最终获得完整的螺栓固定系统的建模。
在ANSYS中，常见的螺栓建模方法主要有中间线法和螺纹线法。
中间线法的优点在于能够较好地反映螺栓在结构中的运动特性，但其缺点在于建模复杂度较高，时间和计算资源成本也较高。
螺纹线法在模型的建模过程中更加简单，但其对于螺栓的运动特性反映不够准确。
综合考虑建模效率和准确度，本文采用中间线法进行螺栓的建模。
首先，需要将螺栓与接口结构一起加入到ANSYS中进行建模。
接着，我们采用Hex20单元对应接口结构进行网格剖分，并在需要固定的部位将固定边界条件施加在Hex20单元上。
随后，我们将螺栓中心线和螺纹进行建模，并将其划分为多段。
接着，我们在螺栓模型中为边界定义角度变量、梁实体等，使得螺栓能够与固定边界条件对应。
最后采用等距节点网格将整个结构重新网格化，定位螺栓位置并施加约束条件。
建模完毕后，通过ANSYS进行静态和动态分析，获得螺栓结构固定过程中的应力分布、变形情况、高频振动等方面的分析数据。
总之，本文主要研究基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法研究。
通过中间线法对螺栓和接口结构进行合理的建模方法，能够较好地反映出螺栓在结构中的运动特性和固定效果。
通过基于ANSYS的静态和动态分析，能够进一步得到螺栓固定结构在不同情况下的建模数据，对于机械结构的设计和优化具有重要的指导意义本文研究了基于ANSYS的螺栓固定结合面建模方法，探讨了螺栓运动特性的反映和固定效果的预测。
ansys螺钉连接的处理方法
ansys螺钉连接的处理方法ANSYS螺钉连接的处理方法螺钉连接是机械设计中常用的一种连接方式，它主要适用于两个或多个部件的连接。
在进行机械分析时，通过使用ANSYS软件可以方便地模拟螺钉连接，进而得到该连接的强度和可靠性。
本文将介绍ANSYS螺钉连接的处理方法，以帮助读者在机械设计过程中使用该软件进行螺钉连接的模拟分析。
一、建立模型首先，在ANSYS软件中导入需要进行螺钉连接分析的模型。
导入的模型需要包括螺钉、螺母、垫圈以及被连接的部件等。
此外，还需要对模型进行几何参数的定义，例如螺钉直径、螺距、角度等。
二、定义材料属性在进行螺钉连接分析前，还需要为模型中的材料定义属性。
这些属性包括描绘材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等。
这些属性的定义可以使用ANSYS中的材料库，也可以根据具体的材料进行手动设定。
三、设定约束和载荷在ANSYS中，为了保证分析结果的精确性，需要对模型进行约束和载荷的设定。
对于螺钉连接分析，一般情况下需要给被连接的部件施加由螺钉产生的预紧力，同时需要考虑外力对部件的作用。
这些都需要在ANSYS中进行明确设定。
四、进行力学分析在进行完以上设定后，就可以使用ANSYS对螺钉连接进行力学分析。
在进行分析过程中，需要设置仿真时间，以便ANSYS计算出模型在受载状态下的行为。
此外，还需要针对具体的连接模型设置求解器来解决模型所涉及的非线性或者其他复杂的物理现象。
五、分析结果展示分析结果可以在ANSYS中通过多种方式呈现。
比如，可视化图形、动画、数据图表等。
可以通过这些结果来详细了解螺钉连接的强度和可靠性，以及必要的响应和位移信息。
综上所述，ANSYS软件具有强大的模拟分析能力，可以方便地进行螺钉连接的模拟分析。
通过以上的操作步骤，读者可以清晰地了解整个分析的流程，快速得到可靠的分析结果。
这对于机械设计师来说无疑是一种非常有价值的工具和资源。
ansys螺栓连接的处理方法
ansys螺栓连接的处理方法在机械设计中，螺栓连接是一种常见的连接方式。
螺栓连接的优点是连接紧固力大，可拆卸性好，适用于各种工况。
在使用螺栓连接时，需要考虑螺栓的强度和连接的可靠性。
本文将介绍如何使用ansys软件进行螺栓连接的处理方法。
一、建立模型需要建立螺栓连接的模型。
在ansys中，可以使用DesignModeler或SpaceClaim进行建模。
建模时需要考虑螺栓的几何形状、材料和连接方式等因素。
在建模时，需要注意螺栓的直径、长度、螺纹等参数的设置。
二、设置材料属性在进行螺栓连接分析前，需要设置螺栓和连接件的材料属性。
在ansys中，可以使用材料库中的材料或自定义材料。
在设置材料属性时，需要考虑材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等参数。
三、设置边界条件在进行螺栓连接分析前，需要设置边界条件。
在ansys中，可以设置螺栓和连接件的约束和载荷。
在设置约束时，需要考虑螺栓和连接件的实际约束情况。
在设置载荷时，需要考虑螺栓和连接件的实际载荷情况。
四、进行螺栓连接分析在设置好模型、材料属性和边界条件后，可以进行螺栓连接分析。
在ansys中，可以使用静力学分析或非线性分析进行螺栓连接分析。
在进行分析时，需要考虑螺栓和连接件的实际工作情况。
五、分析结果处理在进行螺栓连接分析后，需要对分析结果进行处理。
在ansys中，可以使用PostProcessor进行结果处理。
在处理结果时，需要考虑螺栓和连接件的实际工作情况。
可以对应力、应变、位移等参数进行分析。
六、优化设计在进行螺栓连接分析后，可以对模型进行优化设计。
在ansys中，可以使用OptiSLang进行优化设计。
在进行优化设计时，需要考虑螺栓和连接件的实际工作情况。
可以对螺栓的直径、长度、螺纹等参数进行优化设计。
七、总结螺栓连接是一种常见的连接方式，在机械设计中应用广泛。
在使用ansys进行螺栓连接分析时，需要考虑螺栓的几何形状、材料和连接方式等因素。
在进行分析时，需要考虑螺栓和连接件的实际工作情况。
拉力作用下高强螺栓连接的ansys模拟
拉力作用下高强螺栓连接的ansys 模拟摘要:采用大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ,对钢结构高强度螺栓连接的受力分布规律进行了计算和分析,得出了该构件的受力分布图,从理论上对高强度螺栓连接的破坏形式和受力变化进行了分析研究,为进一步改进高强螺栓连接构件的受力状况和结构设计提供了必要的理论依据。
关键词 ANSYS 螺栓连接 预应力 引言钢结构高强度螺栓连接具有施工简单、耐疲劳、可拆换、连接的整体性和刚度较好等优点，是钢结构中所广泛采用的一种连接方式。
因此有必要对其具体受力进行分析研究，本论文利用有限元软件ansys 模拟了一高强度螺栓构件在受拉力作用之下的应力状况。
1 螺栓连接构件基本参数1．1 高强度螺栓的预拉力高强度螺栓的预拉力是施加在连接构件上，产生了结构的整体性，通常来讲希望能尽量高些，但为了保证螺栓不会在拧仅过程中发生屈服或断裂，规范GBJ 17—88规定预拉力设计值按下式确定：e y e y Af A f P 675.0)2.1/9.09.0(=⨯= （1-1）其中f y 是钢材的条件屈服强度；A e 为螺栓在螺纹处的有效截面面积。
1．2 连接处构件接触面的处理和抗滑移系数 高强度螺栓有摩擦型和承压型两种受里方式，本文仅仅讨论摩擦型高强螺栓结构结构；对于摩擦型高强螺栓而已，其构件的接触面（摩擦面）通常经特殊处理，使其净洁并粗糟，以提高其抗滑移系数μ；对于本论文中抗滑移系数选取为0.4。
2 高强螺栓连接有限元模型的建立主要目的是通过ANSYS 的3D 实体建模，分析高强度螺栓抗拉在高温下的工作性能以及温度对高强度螺栓抗拉和抗剪的极限承载力的影响。
建模过程中利用ANSYS 的Pre －tension 功能，施加高强度螺栓的预拉力，利用接触单元来考虑螺栓和孔壁的接触与分开的情况以及连接板之间的摩擦作用。
在材料的选择方面考虑到高强度螺栓在抗拉状态下的受力分析，考虑了其强化阶段的弹塑性模型；连接板选用双析线弹塑性模型，分析过程中包含了材料、几何和状态的三重非线性。
在ANSYS软件中高强螺栓预紧力的施加方法
· 施 工 技 术 ·
下使栓杆获得一定的应变 ,从而产生想要达到的预应力效 果 。此种方法原理与上一种方法是一致 。
2 举例对比
如图 3 所示 ,N1 板 (300 mm ×100 mm ×20 mm) 两端固 结 ,通过一个 M24 高强螺栓与 N2 板 (100 mm ×150 mm × 15 mm) 栓结 ,螺栓预紧力取 150 kN ,摩擦接触系数 m = 01 4 。 材料弹性模量 21 1 ×1011 Pa ,泊松比 μ= 01 3 。作用在 N2 板 上轴力为 50 kN 。分别用直接加载法和等效力法模拟螺栓 的预紧力 ,图 4 给出直接加载法的有限元模型图 。
3 结束语
施加预应力的方法有很多种 ,但也可以看出 ,无论那种
图 5 N2 板接触面应力分布 (单位 : MPa)
方法 ,都不能既方便又有效地考虑实际结构中可能出现的螺 母松动等情况导致的预紧力损失 。直接加载法与间接加载 法相比要更加直观一些 ,而且最后的等效数据也与理论值更 加接近 ;相比之下 ,间接加载所加的荷载需要等效换算 ,不直 观 ,但间接加载具有灵活性大 、方便可控等优点 ,所以计算上 也常常被采用 。实际工作具体应该运用哪一种方法 ,也不能 一概而论 。比如说 ,研究中要考虑栓杆的抗剪作用或者是栓 帽和栓母和连接板之间的摩擦作用 ,这就要求栓杆必须有抗 剪作用 ,那么就不可以用预拉单元模拟螺栓 ;如果是研究的 连接板上螺栓数量比较多 ,那么必须将螺栓模型用实体单元 建立起来的直接加载法在计算时就困难较大 ,这时等效力法 模拟高强螺栓的作用会方便许多 。所以说 ,方法的使用应该 首先考虑计算的需要 ,当然 ,还要看使用者是否能熟练使用 、 灵活运用 ,因人而异了 。
· 施 工 技 术 ·
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拉力作用下高强螺栓连接的ansys 模拟
摘要:采用大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ,对钢结构高强度螺栓连接的受力分布规律进行了计算和分析,得出了该构件的受力分布图,从理论上对高强度螺栓连接的破坏形式和受力变化进行了分析研究,为进一步改进高强螺栓连接构件的受力状况和结构设计提供了必要的理论依据。
关键词 ANSYS 螺栓连接 预应力 引言
钢结构高强度螺栓连接具有施工简单、耐疲劳、可拆换、连接的整体性和刚度较好等优点，是钢结构中所广泛采用的一种连接方式。
因此有必要对其具体受力进行分析研究，本论文利用有限元软件ansys 模拟了一高强度螺栓构件在受拉力作用之下的应力状况。
1 螺栓连接构件基本参数
1．1 高强度螺栓的预拉力
高强度螺栓的预拉力是施加在连接构件上，产生了结构的整体性，通常来讲希望能尽量高些，但为了保证螺栓不会在拧仅过程中发生屈服或断裂，规范GBJ 17—88规定预拉力设计值按下式确定：
e y e y A
f A f P 675.0)2.1/9.09.0(=⨯= （1-1）
其中f y 是钢材的条件屈服强度；A e 为螺栓在螺纹处的有效截面面积。
1．2 连接处构件接触面的处理和抗滑移系数 高强度螺栓有摩擦型和承压型两种受里方式，本文仅仅讨论摩擦型高强螺栓结构结构；对于摩擦型高强螺栓而已，其构件的接触面（摩擦面）通常经特殊处理，使其净洁并粗糟，以提高其抗滑移系数μ；对于本论文中抗滑移系数选取为0.4。
2 高强螺栓连接有限元模型的建立
主要目的是通过ANSYS 的3D 实体建模，分析高强度螺栓抗拉在高温下的工作性能以及温度对高强度螺栓抗拉和抗剪的极限承载力的影响。
建模过程中利用ANSYS 的Pre －tension 功能，施加高强度螺栓的预拉力，利用接触单元来考虑螺栓和孔壁的接触与分开的情况以及连接板之间的摩擦作用。
在材料的选择方面考虑到高强度螺栓在抗拉状态下的受力分析，考虑了其强化阶段的弹塑性模型；连接板选用双析线弹塑性模型，分析过程中包含了材料、几何和状态的三重非线性。
2．1单元的选取
由于本文螺栓连接构件分析中采用的是细化的实体有限元模型，因此选取了如下几种单元：空间八节点SOLID45实体单元，预应力单元Prets179，目标单元Targe170和接触单元Contact174单元。
SOLID45单元被用于三维的实体模型，有八个节点，每个节点有三个自由度：X 、Y 、Z 方向的位移。
这种单元能够施加温度荷载，有塑性、延性、应力硬化、大变形、大应变的性能。
预应力单元Prets179,用于模拟施加在高强螺栓中的预应力状态；在高强度螺栓连接板中的预加荷载对连接的应力发展过程和连接的承载力有重要的影响。
高强度螺栓的预拉力可使用ANSYS 中的预拉力单元Prets179来施加。
对于本螺栓连接构件中，为了准确模拟两连接板通过螺栓连接而产生的接触面的受力分析，自然要选择接触分析的单元，接触问题是一种高度非线性行为，本论文选取目标单元
体单元的对映网格划分，从而能得到工整的网格，以加强问问题的收敛性和计算精度，本文的抗剪模型和抗拉模型的网格划分如图2、3所示。
3高强螺栓连接受拉分析的有限元模拟及受力分析
如图建立图一中所示的构件约束，然后在结构图示处施加集中力P ，其中P 为初始外力，大小为175KN ；通过ANSYS 程序的求解，可以用ANSYS 通用后处理（POST1）来观察和分析有限元的计算结果。
本论文需要的是加载点的力与位移的关系以及有代表性节点的应力与位移的关系。
从而得到螺栓的极限承载力。
通过对抗拉高强度连接构件的有限元计算，可各处有限元模型在常温下达到极限承载力时的变形图和应力分布云图4。
由图可知，此时最大应力值达到了577.9Mpa,超过了材料的比例强度，结构发生了塑性应变。
由应力分布云图可以得出抗拉高强度螺栓连接在达到极限承载力时连接板已经分开，螺栓杆的应力已经达到其极限强度，有明显的劲缩现象。
高强度螺栓的受拉的受力过程为在外荷载没有达到预拉之前，连接板在高强度螺栓的预拉力作用下紧紧连接在一起，当外荷载超过预拉力时连接板就开始分开，直到达到极限承载力时；板和螺栓杆的变形如图4所示：
图5-3
由此结果可以看出，构件的受力由预拉力加载段和外荷载加载段组成，在预拉力阶段，螺栓杆受到向下的拉力首先出现负方向的变形（本文所选取的是预拉力面以上的螺栓应力变形图，因此在加预拉力时，受到向下方向的拉力）。
在外荷载阶段，外荷载小于预拉力时螺栓杆内应力不变，当外荷载超过预拉力后，应力逐渐增加至屈服应力，再进入强化阶段，最后达到钢材的强度时破坏。
如图4所示抗拉高强度螺栓已经破坏，此时的外荷载的大小即可近视为高强度螺抗拉连接的极限承力。
4 结论
（1） 通过建立高强螺栓构件有限元模型并进行受拉分析，可以基本了解此构件的基本受 力情况；为了解高强螺栓的结构提供了一定的理论依据。
（2） 预应力对构件的连接整体性非常重要，一旦预应力被外力抵消，构件便产生较大的
变形，因此选择合适的预应力非常重要。
（3）如果本论文在分析建模的过程中，考虑温度等效应，对实际的构件受力将能得到更好的分析模拟。