Abaqus螺栓有限元分析学习资料
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A b a q u s螺栓有限元分
析
1.分析过程
1.1.理论分析
1.2.简化过程
如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算,则会出现裂纹缝隙无法修补,给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦,因此,在Abaqs中进行计算之前,对原来的零件模型进行一些简化和修整。
A.法兰部分不是分析研究的重点,因此将其简化掉;
B.经计算,M24×3的螺纹的升角很小,在度,因此可以假设螺旋升角为0;
C.忽略螺栓和螺母的圆角等细节;
1.3.Abaqus中建模
查阅机械设计手册,得到牙型如下图所示,在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型,如图 1-1所示。同样的方式,我们建立螺母的3D模型nut,如图1-2所示。
图 1-1
图 1-2
建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中,选择Material->Manager->Create,创建一个名为Bolt&Nut的新材料,首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa,设置其泊松比为0.3,如图 1-4所示。
建立截面。点击Section->Manager->Creat,建立Solid,Homogeneous的各向同性的截面,选择材料为Bolt&Nut,如图 1-5所示。
将截面属性赋予模型。选择Assign->Section,选择Bolt模型,然后将刚刚建立的截面属性赋予它。如图 1-3所示。同样,给螺母nut赋予截面属性。
图 1-3
图 1-4
图 1-5
然后,我们对建立的3D模型进行装配,在Abaqus中的Assembly模块中,我们同时调入两个模型,然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instance命令对模型进行移动,最终的装配结果如图 1-6所示。
图 1-6
第四步,对模型进行网格划分。进入Abaqus中的Mesh模块,然后选择Bolt零件,使用按边布种的方式对其进行布种,布种结果如图 1-7所示。在菜单Mesh->Control中进行如图 1-8所示的设置使用自由网格划分,其余设置使用默认。在菜单Mesh->Element type中选用如图 1-9所示的设置。按下Mesh图标,对工件进行网格划分,最终的结果如图 1-10所示。同样的方式对螺母模型nut进行网格划分,最终结果见图 1-11所示。
图 1-7
图 1-8
图 1-9
图 1-10
图 1-11
第五步,创建分析步。在Step模块中,点击Step->Manager图标,创建新的分析步,类型为Static,General,名称为Step-Load,其余使用默认设置即可。第六步,添加约束条件和载荷。在Interaction模块中,选择Tools->Surface-Manager,创建如图 1-12所示的表面为集合Load_shang和Load_xia,分别用作加载载荷和约束。选择Load模块,在BC->Manager->Creat中创建约束BC-ENCASTED,选择刚刚定义的Load_xia集合,将6个自由度全部约束,如图
1-13所示。下面我们为模型添加约束,选择Load->Create,进入约束创建界面,选择约束施加的表面为我们之前设定的Load_shang,施加的载荷的类型为Pressure,大小为372.835Mpa,具体设置如图 1-14所示。
图 1-12
图 1-13
图 1-14
第六步,定义接触面。接触面是Abaqus分析中非常重要的一环。进入Abaqus 中的Interaction模块,先在Tools->Surface菜单中设置我们要定义的两个相互接触的面。如图 1-15所示,螺栓上的接触面主要是螺纹的下表面,按着Shift键依次将其选中。如图 1-16所示,螺母上的接触面主要是螺纹的上表面,同样按着Shift键依次将其选中。设置接触面的属性。选择Interaction->Manager->Creat 中创建接触面,类型选择面和面接触,选择Mechanical->Tangential Behavior,输入摩擦系数为0.14,选择Mechanical->Normal Behavior,接受默认设置,最终设置如图 1-17所示。选择Interaction->Creat,创建螺栓和螺母之间的接触,接触,类型选择刚刚定义的接触类型,设置结果如图 1-18所示。
图 1-15
图 1-16
图 1-17
图 1-18
最后,创建任务,接受默认设置,并提交计算。
1.4.仿真结果
将任务提交计算之后,得到的3维应力云图如图 1-19所示。为了观察更为方便,我们将云图剖开,如图 1-20所示。从云图中我们可以看出,螺栓头部与螺杆相接触的地方的应力较大,螺栓的螺纹处,由于截面发生变化也聚集着较大的应力。由于在仿真过程中,将压力施加在螺母的下表面,因此螺母的下方
的变形较大,螺母的下方的几条螺纹的受力较大,顶层的两层螺纹几乎不受力。使用Abaqus中的工具对题目要求的节点的应力进行测量,结果如表 1所示。
图 1-19
图 1-20
表 1
标号 A B C 应力(MPa) 319.477 1029.56 1103.2