ANSYS_螺栓预紧模拟技术

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ANSYS chapter9螺栓预紧单元

October 15, 2001 Inventory # 001567 9-4
螺栓预紧
…PRETS179 单元
预紧单元特性预紧单元特性:
– 一组预紧单元被定义为一个“截面”. 一组预紧单元被定义为一个“截面” – 2-D 或 3-D 线单元像勾子把螺栓的两半连在一起. 连在一起 – 节点 I, J 是端部节点，通常是重合的. 是端部节点，通常是重合的 – 节点 K 是预紧节点 : 位置任意位置任意. 具有一个自由度 UX. 具有一个自由度: 用于定义预载荷, 如 FX 力或 UX 位移用于定义预载荷实际作用线沿着预紧载荷方向
– 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
– 预紧单元 PRETS179 – 自动预紧网格生成 – 多个螺栓预紧序列的载荷控制
螺栓预紧引起的应力
October 15, 2001 Inventory # 001567 9-2
…螺栓预紧
Training Manual
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0

螺栓的预紧强度仿真计算__概述说明

螺栓的预紧强度仿真计算概述说明

1. 引言

1.1 概述

本文旨在探讨螺栓的预紧强度仿真计算方法及其在实际工程中的应用。螺栓连接是一种常见的固定连接方式，对于确保结构的安全稳定至关重要。预紧强度是螺栓连接中一个重要的参数，它直接影响到连接件的可靠性和工作性能。

1.2 文章结构

本文共分为五个部分进行论述。首先，在引言部分介绍了文章的概述和目录结构。其次，第二部分将介绍螺栓预紧强度的重要性以及目前相关研究现状。第三部分将详细说明螺栓预紧强度仿真计算的方法，并阐述建立模型和确定参数的过程。第四部分将通过实例分析具体展示螺栓预紧力仿真计算的应用。最后，在第五部分给出主要研究结果总结并提出研究不足之处，并对未来工作进行展望。

1.3 目的

本文旨在提供一种基于有限元模拟的螺栓预紧强度仿真计算方法，为实际工程中螺栓连接的设计和优化提供参考。通过对不同实例的分析，将探讨螺栓预紧强度与连接松动关系的研究现状，并评价其可靠性。本文希望能为读者提供关于螺栓预紧强度仿真计算方法的全面理解和应用思路，并推动相关领域的进一步研究和

发展。

以上是引言部分的内容，介绍了文章的概述、结构以及目的。接下来将详细介绍螺栓预紧强度仿真计算方法及其在实践中的应用。

2. 螺栓的预紧强度仿真计算方法：

2.1 螺栓预紧强度的重要性

螺栓的预紧强度是确保连接件正常工作和站稳的关键因素。预紧力的正确施加可以保证螺栓连接件在运行过程中不发生松动或失效，提高连接件的安全可靠性。因此，准确计算螺栓的预紧强度对于设计和使用连接件至关重要。

2.2 预紧力与螺栓松动关系的研究现状

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中如何施加预紧力

ansys中螺栓的预紧力如何施加

我是初学者，螺栓中预紧力的施加不是很清楚，solve之后的预紧力方向为轴向（图见附件），我觉得不符合实际情况，是不是预紧力施加的方法不对啊，请各位指教

给螺栓加预紧力，必须先在螺栓上建立一个预紧力截面，然后在截面上施加预紧力，方向为轴向！在ansys帮助文件里有螺栓加载的例子，找找就能找到！

把通过公式F=T/K*d的力值直接加在预紧力截面上。不过存在一个问题，就是利用公示所计算得到的预紧力数值较大，因此所计算出的应力结果也比较大。我查看过一些别的资料，有同行也讨论过这个问题，也认为应力结果与实际不太相符，偏大！所以有人认为K值应该较理论值大一点，取到0.3左右可能更接近实际！

采用PSMESH命令定义预紧截面,用SLOAD命令加预紧力.可以在ANSYS里面搜一下,有这样的例子.

ansys10自带的帮助文件里有一个例子，2.8. Defining Pretension in a Joint Fastener 大家可以参考一下，大家共同研究研究。

/prep7

/title, Sample application of PSMESH

et,1,92

mp,ex,1,1e7

mp,alpx,1,1.3e-5

mp,prxy,1,0.30

mp,ex,2,3e7

mp,alpx,2,8.4e-6

mp,prxy,2,0.30

tref,70

/foc,,-.09,.34,.42

/dist,,.99

/ang,,-55.8

/view,,.39,-.87,.31

/pnum,volu,1

/num,1

ansys螺栓预紧力分析

a n s y s螺栓预紧力分析(共1页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-

螺栓紧固面的预紧分析命令流：

/prep7

/title, Sample application of PSMESH

et,1,92

mp,ex,1,1e7

mp,alpx,1,

mp,prxy,1,

mp,ex,2,3e7

mp,alpx,2,

mp,prxy,2,

tref,70

/foc,,,.34,.42

/dist,,.99

/ang,,

/view,,.39,,.31

/pnum,volu,1

/num,1

cylind,,, ,0, 0,180 cylind,,, 1,, 0,180 cylind,,, 0,1, 0,180 wpoff,.05

cylind,,1, 0,, 0,180

wpoff,

cylind,,1, ,1, 0,180 wpstyle,,,,,,,,0vglue,all

numc,all

vplot

mat,1

smrt,off

vmesh,4,5

mat,2

vmesh,1,3

/pnum,mat,1

eplot

psmesh,,example,,volu,1,0,z,,,,, elems

CM,lines,LINE

/dist,,

cmplot

/solu

eqslve,pcg,1e-8

asel,s,loc,y

da,all,symm

asel,all

dk,1,ux

dk,12,ux

dk,1,uz

sload,1,9,,force,100,1,2

/title,Sample application of PSMESH - preload only

ansys螺栓仿真校核技术

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
© PERA Corporation Ltd. All rights reserved.
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
12 © PERA Corporation Ltd. All rights reserved.
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
线体建模 ✓ 可显示螺栓的云图 ✓ 可提取载荷
9 © PERA Corporation Ltd. All rights reserved.
螺栓失效与校核
10
线体建模 ✓ 可通过扩展结果查看等效应力云图
© PERA Corporation Ltd. All rights reserved.
Beam Connection ✓ 模拟紧固件 ✓ 施加预紧力 ✓ Body to Ground/ Body to Body

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，num

psmesh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。

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

直接使用ansys中创建体的命令创建一个圆柱和两个圆环，组合成螺栓，注意要将螺栓粘接起来

2、定义预应力psmesh命令

使用功能：生成预拉伸剖面网格，创建并划分一个预紧截面

secid：唯一的剖面号，横截面号，这个号必须没被用。name：横截面名字

p0：预紧（预拉伸）节点号码。如果不存在的话，将生成一个。确省的是最大号码数加1。egroup,num

psmesh将操作方式的单元组，如果egroup=p，转化成图形捡拾，并且num被忽略（仅在gui的条件下有效率）

l（orline）-psmesh在所有被num指定的线上的单元进行。新的预紧点附在num

或者它下面的实体上。任何后来对num的lclear操作方式将删掉阻尼单元和psmesh 建立的节点

a（orarea）-psmesh在所有被num指定的面上的单元进行。新的预紧点附在num

或者它下面的实体上。任何后来对num的aclear操作方式将删掉阻尼单元和psmesh 建立的节点

v（orvolu）-psmesh在所有被num指定的体上的单元进行。新的预紧点附在num

或者它下面的实体上。任何后来对num的vclear操作方式将删掉阻尼单元和psmesh 建立的节点

p-psmesh在所有后面选择的单元上进行，num被忽略。all-命令在所有被选择的单元上进行，num被忽略。

kcn：拆分面和法线方向所用的坐标系号

kdir：在kcn坐标系下，分离面的法线方向（x，y，或z）

如果kcn就是笛卡尔坐标系，阻尼横截面的法线方向平行于kdir轴而不管阻尼节点的边线。

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。

螺栓预紧分析

ANSYS教学算例集

螺栓预紧分析

撰写：孟志华

审核：

校对：

2018年09月30日

关键字：螺栓预紧力、接触、线体

算例来源：Mechanical_Advanced_Connections教程案例

1. 摘要

本算例主要介绍了螺栓的模拟，模型由螺栓、法兰、垫片组成，螺栓的模拟又分为实体与线体螺栓，并比较了两种分析模型的结果。还介绍了螺栓预紧力的施加需要分成三个载荷步，以方便查看螺栓预紧力结果，并对垫片与法兰之间的绑定接触与粗糙接触进行了结果对比，非线性结果更符合实际情况。

本例针对螺栓的模拟具有借鉴和指导作用。

2. 案例描述

本案例几何包含：螺栓、法兰、垫片。

如上图，两个法兰通过螺栓连接在一起，螺栓与法兰之间建立接触，垫片独立划分网格，并与两端法兰分别接触。本案例将分别计算3D螺栓体与线体简化螺栓两种螺栓仿真方式，并进行结果对比。

所有零件的材料均为ANSYS材料库中默认提供的钢材料，弹性模量为 2.1×10e5 MPa，泊松比为0.3，密度是7.85×10 e-9 t/mm 3。

该分析分为三个载荷步，边界条件：侧面与底面为无摩擦支撑，第三个载荷步中，上端受力1048lbf，来模拟端盖负载；内壁受压力1000psi。

3. 操作步骤

3.1. 启动ANSYS Workbench，打开已有的分析文件

（1）首先启动ANSYS Workbench环境。在【File】下拉菜单点击Restore Archive，打开分析文件压缩包“WS3a-bolt.wbpz”，然后保存为“WS3a-bolt.wbpj”文件。

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

ANSYS使用技巧-螺栓预载荷

ANSYS使用技巧（二）螺栓预载荷定义

1、定义螺栓

直接使用ANSYS中创建体的命令创建一个圆柱和两个圆环，组合成螺栓，注意要将螺栓粘接起来

2、定义预应力

psmesh命令

使用功能：生成预拉伸剖面网格，创建并划分一个预紧截面

使用格式：PSMESH, SECID, Name, P0, Egroup, NUM, KCN, KDIR, VA LUE, NDPLA NE, PSTOL, PSTYPE, ECOMP, NCOMP

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）节点号码。如果不存在的话，将生成一个。确省的是最大号码数加1。

Egroup, NUM

PSMESH将操作的单元组，如果EGROUP=P，激活图形拾取，并且NUM被忽略（尽在GUI的条件下有效）

L（or LINE）-PSMESH在所有被NUM指定的线上的单元进行。新的预紧点附在NUM或者它下面的实体上。任何后来对NUM的LCLEA R操作将删除预紧单元和PSMESH创建的节点

A（or AREA）-PSMESH在所有被NUM指定的面上的单元进行。新的预紧点附在NUM或者它下面的实体上。任何后来对NUM的ACLEA R操作将删除预紧单元和PSMESH创建的节点

V（or VOLU）-PSMESH在所有被NUM指定的体上的单元进行。新的预紧点附在NUM或者它下面的实体上。任何后来对NUM的VCLEA R操作将删除预紧单元和PSMESH创建的节点

P-PSMESH在所有后面选择的单元上进行，NUM被忽略。

ansys螺栓预紧力分析

螺栓紧固面的预紧分析命令流：

/prep7

/title, Sample application of PSMESH

et,1,92

mp,ex,1,1e7

mp,alpx,1,

mp,prxy,1,

mp,ex,2,3e7

mp,alpx,2,

mp,prxy,2,

tref,70

/foc,,,.34,.42

/dist,,.99

/ang,,

/view,,.39,,.31

/pnum,volu,1

/num,1

cylind,,, ,0, 0,180

cylind,,, 1,, 0,180 cylind,,, 0,1, 0,180 wpoff,.05

cylind,,1, 0,, 0,180

wpoff, cylind,,1, ,1, 0,180 wpstyle,,,,,,,,0

vglue,all numc,all vplot mat,1 smrt,off vmesh,4,5 mat,2 vmesh,1,3 /pnum,mat,1 eplot

psmesh,,example,,volu,1,0,z,,,,,elems CM,lines,LINE /dist,, cmplot

/solu

eqslve,pcg,1e-8 asel,s,loc,y da,all,symm asel,all dk,1,ux dk,12,ux dk,1,uz

sload,1,9,,force,100,1,2 /title,Sample

application

PSMESH - preload only Solve

图一.应力云图图二.应变云图

基于ANSYS的螺栓结构仿真分析

机框与框间螺栓连接区域的变形和应力分布情况；李金兴等人[4-5]对高强度螺栓的有限元仿真分析，为类似的结构仿真提供了基础；Huang 等人[6]进行了基于装配式复合墙体水平节点的螺栓连接方式的仿真模拟，并提出了水平螺栓连接组合墙抗剪承载力计算公式；于闯等人

[7]

通过建立有限元模型，探究了螺栓刚度与整体结构的

关系。在国外，P.A.Saros 等人[8]开发了一种高效的用户自定义有限元(FE)，方便螺栓紧固件进行大规模模拟；M.T.Nasraoui 等人[9]研究了一种承受拉伸和剪切载荷的棱柱螺栓接头，并利用C 语言和ANSYS 对模型进行了验证，并与实际模型进行对比；Christian Gerendt 等人[10]在通用有限元软件ABAQUS/IMPLICIT 中开发和建立了一个基于连续损伤力学的框架，对螺栓接头在静力载荷作用下的渐进静力破坏进行了分析和预测；Albertino Arteiro [11]对不同宽度和端距的双剪和单剪组合螺栓节点进行了分析，并提出了一种预测不同结构和几何复合材料螺栓连接损伤和失效的细观数值模型，并对其进行了验证；Paula P.M.L 等人[12]利用有限元法对螺栓连接板的

0 引言

作为一种可拆卸的连接方式，螺栓连接广泛存在于各种组件和机械设备中。一般来说，对存在螺栓结构的组件或机械进行仿真，若根据真实尺寸和结构建立有限元模型，可以得到比较精确的仿真结果，但螺栓中的螺纹等结构不仅会增加模型的复杂性，大大提高网格划分的难度，降低工作效率，而且可能导致仿真实验的失败。因此，本文探讨一种更为简单的螺栓仿真方法，旨在替代全建模方式，减小计算机仿真负荷，降低仿真难度。

ansys 螺栓预紧力

在ANSYS中，可以通过以下步骤来计算螺栓预紧力：

创建模型：使用ANSYS中的建模工具创建螺栓和零件的3D模型。

应用约束：将螺栓和零件的约束条件应用到模型中，以模拟实际应力情况。

定义材料：定义螺栓和零件的材料属性，包括弹性模量、泊松比等。

定义负载：定义螺栓和零件所受的负载情况，包括受力方向、大小等。

进行分析：使用ANSYS中的分析工具进行应力分析，得出螺栓和零件的应力分布情况。

计算预紧力：根据螺栓和零件的应力分布情况，使用公式计算出螺栓的预紧力。

在进行螺栓预紧力计算时，需要注意材料的弹性模量、泊松比等参数的选择，以及负载的大小和方向的确定，这些因素都会对计算结果产生影响。另外，为了保证计算的准确性，建议进行多次分析和计算，对结果进行比对和验证。

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