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    螺栓連接模型的建立方法

    發表時間:2020-4-9 9:31:55  作者:三圓  來源:三圓  瀏覽量:1360

    1、無螺栓等效載荷法

    把栓桿所承受的軸向拉力等效成多個集中力或者一個而壓力,然后對高強螺栓作用的結構直接施加等效荷載;也可以等效成集中力加一個等效彎矩進行軸心加載。施加等效荷載時要對兩個連接板同時施加,使其合力大小相等,方向相反,保證不產生彎矩,如圖所示。這種方法可以不建立螺栓模型,故不能模擬現實結構中栓桿和孔壁的接觸問題。但由于只考慮了螺栓的預緊力而未將螺栓模型建立起來,因而可以使計算簡化許多。WB和ansys經典環境均可采用該法。

    2、螺栓耦合模擬法


    2.1 法一
    法蘭采用實體單元,螺栓采用梁單元。WB建模時采用DM建立自定義截面的梁。建立墊圈圓環映射面,與Beam端點建立joints-Fixed連接。該法可以直接施加螺栓預緊力。注意:映射面的behavior需定義為deform;同時法蘭片之間需要定義rough或frictional接觸。

    2.2 法二
    法蘭采用實體單元,螺栓采用梁單元。
    WB建模時采用DM建立自定義截面的梁。建立墊圈圓環映射面,采用connection-Beam接觸定義映射面與梁的接觸。只適用于圓形截面,只能采用Command才能施加預緊力。注意:映射面的behavior也需定義為deform;同時法蘭片之間可以不定義任何接觸,實質就是螺栓承載全部預緊力,計算結果保守,常用于與手算對比。也可以定義rough或frictional接觸,此時必須施加預緊力。

    采用Command施加預緊力的過程如下:
    (1)在梁單元的中點創建一個新的節點;
    (2)在原有梁單元的終點和新建節點的基礎上建立兩個新的梁單元;
    (3)刪除原有梁單元;
    (4)在兩個新的梁單元創建預緊單元。

    2.3 法三
    在ANSYS經典環境中,耦合螺栓模型中的螺桿用梁單元來近似建模,螺栓的螺栓頭和螺母 通過自由度 耦合的方式建模,將被聯接零件表面上的與螺栓墊片相接觸相應的節點與螺桿的2個端點進行自由度耦合.在ANSYS中,螺桿模型采用的梁單元BEAM4,螺栓預緊力是給BEAM4單元一個初始應變來表示。
    初始應變值為:

    式中:ε0為梁單的初始應變;P0為螺栓預緊力載荷;d為螺栓的有效直徑;E為被夾緊材料的彈性模量。

    3、螺栓實體單元模擬法(真實建模)

    法蘭和螺栓均采用實體單元, 螺栓忽略螺紋。采用WB建模時,螺栓螺母采用bonded接觸,其余構件可以采用bonded、rough或frictional接觸。該法可建立墊圈等零件, 可以施加預緊力。ansys經典環境采用實體單元和預緊單元也可實現螺栓連接結構的真實建模。

    4、螺栓連接結構精細化建模方法

    法蘭和螺栓均采用實體單元, 螺栓考慮螺紋。采用WB建模時,螺栓螺母采用bonded接觸,其余構件可以采用bonded、rough或frictional接觸。該法可建立墊圈等零件, 可以施加預緊力。ansys經典環境采用實體單元和預緊單元也可實現螺栓連接結構的真實建模。

    4. 螺栓結構建模實例

    (1)ansys經典環境建模實例-無螺栓等效載荷法

    (2)WB耦合建模實例—螺栓采用梁單元

    (3)WB真實建模實例

    (4)ansys經典環境真實建模實例

    (5)考慮螺紋的ansys螺栓精細化建模實例

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