ANSYS螺栓仿真校核技术专题
ANSYS_螺栓预紧模拟技术
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…
应用实例…
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。
紧螺栓连接的有限元模拟仿真研究
紧螺栓连接的有限元模拟仿真研究为简化传统力学对螺栓进行强度校核的计算过程，提高计算结果的直观性，采用了一种螺栓的有限元ANSYS的简化模拟分析，为了验证有限元简化模拟分析的准确性，利用传统力学的解析法对螺栓的强度进行校核，结果发现，此螺栓的有限元简化模型的模拟仿真结果与理论计算结果保持一致，说明对于螺栓强度的校核，此简化方法是有效的，对于工程应用具有重要的借鉴意义。
标签：螺栓强度校核；传统力学；ANSYS；螺栓模型简化；有限元仿真0 引言螺栓连接具有结构简单，调整简便，可反复拆卸等优点，是目前最为常用的工程结构的连接方式。
但是在复杂的工程应用过程中，由于交变载荷的作用，在振动、冲击等干扰因素作用下，往往对螺栓产生严重的破坏，螺栓的强度将直接关系到设备的正常使用及使用的安全性[1]。
与运用经典的理论力学相关知识对螺栓的强度进行校核相比，主要借助于理论分析，通过经验公式等进行校核计算，在计算过程中，对螺栓的整体受力情况及受力位置等考虑并不全面，此外，并不能完全的显示各个位置的受力状况，不能很好地用于指导实践。
通过有限元分析软件，可以轻松的分析整个螺栓的受力状况，计算结果更加直观地展现，而且计算工作量大大降低，因此，有限元软件越来越多的被应用到螺栓的校核中[2-4]。
1 螺栓连接的失效机理分析螺栓连接所受的载荷包括轴向载荷、横向载荷、弯矩和转矩等，其受载形式主要为轴向力与横向力。
在轴向力的作用下，如果超出了螺栓的承受范围，螺栓杆将会产生塑性变形甚至将断裂；在横向力的作用下，当采用铰制孔用螺栓时，螺栓杆和孔壁的贴合面上可能发生压溃或者螺栓杆被剪断等。
本研究主要对螺栓的强度进行分析，对于受拉力载荷的连接螺栓来说，发生破坏的位置主要在于螺纹的小径位置，对于这种螺纹连接，其主要的设计准则为保证螺栓具有足够的静力强度。
螺栓连接中，最为常见的受理方式为预紧力与工作拉力同时存在的情况，螺栓在轴向拉力作用下，螺栓跟连接件都会产生弹性变形，因此，螺栓所受到的总拉力并不是预紧力跟工作拉力之和。
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。
ANSYSWorkbench软件中两种螺栓连接仿真方法的研究
螺距 为 １ ． ５ ｍｍ ， 半螺纹 角 为 ３ ０ 。预 紧 力 是 螺 栓 结 构 模 拟 中重 要 的 一 方 面 ， 它传递 模型 中的 负载 ， 同 时 维 持
一
中， 不 要 求模 型 有 详细 的 螺纹 几 何形 状 ， 计算 速 度 快 ，
但 是 可 能 存 在 接 触 区 域 丢 失 的 问 题 。螺 纹 区 域 法 具 有 接 近 真 实 螺 栓 模 型 精 度 的 简 化 模 型 ，不 需 要 准 确 的 几 何 细节 和精 细 网格 ， 属 于廉价计 算 方法 ， 采 用基 于高斯
积 分 的 接 触 探 测 ， 能 有 效 避 免 锐 角 相 交 时 接 触 方 向 的
小 部 分 螺 栓 上 的
外 部 负 载 。螺 栓 上
的 预 紧 力 由 螺 栓 紧 固引起 ， 将 盖 板 紧 固 到基 板上 。 笔者 分析 仿 真 的 是 ３ ． ６级 性 能 螺 栓 ，材 料 选 取
ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｂ ｏ ｌ ｔ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｂ ｏ ｔ ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｄ ｏ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｆ ｎ ｅ ｇ ｒ ｉ ｄ，
了各 自的特 点与适 用场合 。
关键 词 ： 螺栓
计算 机
仿真
文献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ — ４ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ － ０ ０ ５ ９ － ０ ４
中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ １ ． ３
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ＡＮＳ ＹＳ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ＭＰ Ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｆ ｉｅ ｌ ｄ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ
ansys螺栓预紧与强度计算培训Ch8
– 3D中, 线（或棱边）与面间的接触 . – 2D中, 节点（或尖角）与面的接触 .
October 15, 2001 Inventory # 001567
8-2
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
...点－面接触单元
Training Manual
8-14
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
...点－面接触单元
• 这些单元接触结果项的后处理需要使用 ETABLE.
Training Manual
October 15, 2001 Inventory # 001567
October 15, 2001 Inventory # 001567
8-5
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
Training Manual
Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
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Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
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Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
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Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
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Advanced Contact & Bolt Pretension 6.0
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
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
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
© PERA Corporation Ltd. All rights reserved.
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 15.0 螺栓仿真
Bolt model 3:
Key features of this approach:
• Geometry as bolt modhread contact applied
(recommended 4 elements span 1 thread width)
thread on the nut was created using a boolean operation with the bolt as tool geometry
• Good geometric representation of stiffness of
bolt/nut will be captured if mesh is dense enough
© 2011 ANSYS, Inc.
July 17, 2015
Bolt model 7:
Key features of this approach:
• Geometry preparation
– Bolt/nut geometry replaced with a line body
• Line body meshed as beam elements, model
• Care should be taken not to alter bolt shank stiffness
as this will affect bolt deflection and load transfer in the system during pre-tension and in-service loading
sweep-able parts
• All contacts are asymmetric & bonded
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。
基于ANSYS的盲孔螺栓联接的有限元仿真
节点 z 向反力平均分配给相邻两导程螺栓杆上的耦合节点）之
和，第 i 导程内螺栓杆的耦合的节点 z 向反力之和为 F（z i），则的
圈螺纹承受轴向载荷的比例 μ（i）可以由下式来表示。
μ（i）=F（z i）/Fb
（2）
式中：Fb—螺栓所受轴向拉伸力。
通过后处理计算得到的各圈螺纹承受轴向载荷的比例柱状
·tanβ·dFd（zz）
z 乙 乙 乙乙
乙
δn
=
kn En
·tanβ·dFd（zz）
乙 乙 乙乙 乙
（6）
在图 7 中，εb、εn、δb、δn 之间有如下关系。
（εb+εn）z=L=（δb+δn）z=L-（δb+δn）z=0
（7）
把式（3）和式（6）代入式（7）中，并对微分，则得：
d2dF（z2z）=λ2F（z）
控制螺栓杆沿 Z 轴方向的单元尺寸为螺栓螺距的一半 （P＝
1.75mm）[5]，划分单元后的有限元模型，如图 3 所示。
表 1 材料参数
零件名称 上下联接板（HT250）
螺栓（40Cr）
密度（g/mm）3 7.46 7.85
弹性模量（GMPa） 105 206
泊松比 0.3 0.3
下联 接板 y
18
中图分类号：TH12，TP391.9 文献标识码：A
1 盲孔螺栓计算模型
建立计算模型，如图 2 所示。螺栓杆和螺栓头分别采用圆柱 体和正六棱柱模拟，被联接件分别以两块板模拟，螺栓头和垫片 做成一体，取 M12 单头螺栓作为研究对象，螺栓杆直径取有效直 径[2]建模，各部件的尺寸以及坐标系，如图 1 所示。
Ab=
π 4
2
dp
螺栓连接 ansys有限元分析
螺栓联接的有限元分析问题描述如图所示，两个长方形平板通过两个螺栓连接在一起，具体几何尺寸如下：L1=0.05m,L2=0.03,L3=0.03,L4=0.09,W=0.07,板子的厚度H=0.008m，螺母半径R1=0.008m，螺母厚度H1=0.004，两个螺栓的中心距L=0.03m，螺杆半径R2=0.05，模型采用SOLID186单元模拟板子，采用接触向导定义接触对，材料参数：板材的弹性模量为2.1E11pa,泊松比0.3，应力应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度为400Mpa,切线模量为2E10pa,螺栓的弹性模量为 2.1E11pa,泊松比为0.32，应力-应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度600Mpa,切线模量为2E10pa。
载荷及边界条件：螺栓连接模型承受螺栓预拉伸应力和外拉伸两种载荷，因此计算中采用两个载荷步进行加载，第一个载荷设置螺栓的预拉伸力为1000N，第二个载荷步设置板子的右端承受60Mpa的拉力固定约束在板子左端一、建立有限元模型（1）定义单元类型本实例分析的问题中涉及到大变形，故选用Solid186单元类型来建立本实例的模型。
本接触问题属于面面接触，目标面和接触面都是柔性的，将使用接触单元TARGE170和CONTA174来模拟接触面。
接触单元在分析过程中使用接触向导时可以自动添加，这里就不再添加。
下面为定义单元类型的具体操作过程。
1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型)对话框。
单击对话框中的Add按钮，将弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框。
2．在单元类型库对话框中，靠近左边的列表中，单击“Structural Solid”一次，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。
然后，在靠近右边的列表中，单击“Brick 8node 186”一次，选定单元类型Solid186 为第一类单元。
Ansys workbench 螺栓接触实例操作
8例1 螺栓连接件分析如图所示为一螺栓连接的法兰连接件简图，法兰一端及内侧面固定约束。
载荷1为螺栓预应力1000N载荷2为螺栓预应力1500N载荷3为螺栓预应力2000N根据实际情况，自己设定接触类型，其中摩擦类型接触对时，摩擦系数为0.1 为方便设置，材料均取钢材，求其变形及应力。
边界条件螺栓连接件分析1 导入几何模型，进入DS模块2 材料设置选择默认的材料：Structural Steel3 设置接触螺栓与螺母的接触类型为Bonded螺栓杆与法兰的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1螺栓杆与垫片内壁的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1其余接触类型为No Separation4 网格划分5 选择分析类型·在“New Analysis”中选择结构静力学分析“Static Structural”；6 施加约束与载荷1）施加固定约束·点击“Static Structural”，在“Supports”中选择固定约束“Fixed Support”·选择法兰一端及内侧面固定约束；2）施加载荷·选择载荷1处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1000N ·选择载荷2处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1500N ·选择载荷3处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为2000N5 设定求解类型1）求解变形·点击“solution”，点击“Deformation”选择“Total”，求解变形·点击“Stress”，选择“Equivalent (V on-Mises)”，求解等效应力6 单击“Solve”求解7 观察求解结果·点击“Total Deformation”查看变形·点击“Equivalent Stress”查看应力分布例2卡紧散热片的不锈钢扣件受力分析扣紧件是一个不锈钢的卡子，因为散热片同功率部件之间的接触力同最终的散热有很大关系，因此研究力的大小是很有意义的。
基于ansys_FE_SAFE的模具联接螺栓疲劳仿真分析
第1期(总第146期)2008年2月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 11Feb 1文章编号:167226413(2008)0120023203基于AN SYS FE -SA FE 的模具联接螺栓疲劳仿真分析张 逊,姜年朝(南京模拟技术研究所,江苏 南京 210016)摘要:分析了预紧力和热应力对模具联接螺栓强度的影响。
结果表明,模具联接螺栓的应力远远低于材料的强度极限,但在固化过程中,模具联接螺栓经常会出现断裂现象。
应用AN SYS FE -SA FE 软件,对螺栓进行疲劳分析,计算了螺栓的使用寿命,揭示了模具联接螺栓断裂的根本原因。
关键词:螺栓;疲劳分析;AN SYS FE -SA FE 中图分类号:TH 131∶T P 39119 文献标识码:A收稿日期:2007205209;修回日期:2007210225作者简介:张逊(19722),男,江苏宜兴人,高级工程师,硕士,主要从事发动机及结构设计。
0 引言模压成形中,通常用螺栓联接上、下模具,这种联接形式的特点是螺栓对上、下模具施加了预紧力,在模具和螺栓上形成了预应力。
在中温或高温固化过程中,这种预应力一直存在,并和温度应力共同作用于模具联接螺栓。
这种复合应力随模具固化过程而呈现出交变的特点,从而引起螺栓疲劳变形甚至拉断。
由于螺栓影响模具合模缝的大小,从而直接影响产品的外形及尺寸,因此,在生产过程中,要精确控制模具联接螺栓的变形。
AN SYS FE -SA FE 是基于AN SYS 软件的专用疲劳分析模块,它的前、后处理器都依赖于AN SYS 软件,它本身只是一个计算器。
AN SYS FE -SA FE 模块使用局部应力-应变法进行单轴和多轴疲劳分析,同时可以使用多种平均应力修正方法,也可采用用户定义的平均应力修正[1]。
本文利用AN SYS FE -SA FE 模块很强的疲劳计算功能和材料适应性,对模具联接螺栓进行疲劳仿真分析#1 ANS Y S FE -SAFE 分析理论和步骤111 AN SYS FE -SA FE 的应力应变计算通常疲劳损伤是由材料的塑性变形引起的,当应力集中部位进入塑性状态时,应力应变关系为非线性。
2螺栓连接的计算机仿真及优化设计_成凤文
现代制造工程2008年第11期C A D/C A E/C A P P/C A M螺栓连接的计算机仿真及优化设计成凤文(北华航天工业学院材料工程系,廊坊065000)摘要:以受轴向载荷螺栓连接为例,分析静强度理论指导的设计只设计直径,未设计其他尺寸或结构以及缺乏仿真数据,不能实现优化设计等问题。
运用S o l i d Wo r k s的强大三维造型和工程分析功能,模拟仿真螺栓以不同尺寸和结构工作时的应力和疲劳状态,并依据所得数据完成螺栓的全面定量优化设计,获得了有益的结论。
关键词:螺栓;仿真;优化设计;S o l i d Wo r k s软件中图分类号:T P391 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2008)11—0044—04S i m u l a t i o n a n do p t i m i z a t i o n d e s i g n b y c o m p u t e r f o r c o n n e c t e d b o l tC h e n g F e n g-w e n(M a t e r i a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t,N o r t h C h i n a I n s t i t u t e o f A s t r o n a u t i cE n g i n e e r i n g,L a n g f a n g065000,H e b e i,C H N)A b s t r a c t:B a s e d o nt h e e x a m p l e o f t h e a x i a l l o a d b o l t,a n a l y s i s o f t h e s t a t i c s t r e n g t h o f t h e d e s i g n o n l y d i a m e t e r,o r t h e s i z e o f t h ed e s i g no f t h e o t h e r s t r u c t u r e a n d t h e l a c k o f s i m u l a t i o n d a t a,s u c h i s s u e s c a n n o t b e a c h i e v e d d e s i g no p t i m i z a t i o n.S o l i d Wo r k s u s eo f t h e p o w e r f u l3Dm o d e l i n ga n de n g i n e e r i n ga n a l y s i s f u n c t i o n s,s i m u l a t i o nb o l t s o f d i f f e r e n t s i z e s a n ds t r u c t u r e s t o w o r ks t r e s sa n d f a t i g u ea n d,i na c c o r d a n c e w i t h t h e d a t a t o c o m p l e t e a c o m p r e h e n s i v e q u a n t i t a t i v eb o l t d e s i g no p t i m i z a t i o n,ac c e s s t o a u s e f u lc o n c l u s i o n.K e yw o r d s:B o l t;S i m u l a t i o n;O p t i m i z a t i o nd e s i g n;S o l i d Wo r k s0 引言在机械设备上,螺栓连接一般有四种受载类型: 1)受轴向载荷;2)受横向载荷;3)受扭转力矩作用;4)受翻转力矩作用。
螺栓连接的ansys仿真命令流
螺栓连接的ansys仿真命令流梁柱的端板连接分析（1/2模型）Finish/clear/prep7BT1=12$BT2=8$BH=200$BW=120$BL=2*BHCT1=16$CT2=12$CH=240$CW=180EPT=20$EPW=160$EPH=280$CL=2*CH+EPHBHD=21$BD=20$BHT=13$NT=18$BHND=33DISH=80$DISV1=72$DISV2=106$DISV3=40DISPP1=10$NTX1=CH+EPT+NTNTY1=DISH/2$NTZ1=CH+DISPP1+BT1+DISV3!2. 创建几何模型!柱/view,1,1,1,1$/ang,1,-120,zs,1$BLC4,,,ct1,cw/2,cl$vgen,2,1,,,ch-ct1$blc4,,,ch,ct2/2,cl wpoff,,,ch+dispp1$blc4,,,ch,cw/2,bt1$vgen,2,4,,,,,bh-bt1$vovlap,all$numcmp,all!梁与端板vsel,none$wpcsys,-1$wpoff,ch,,ch+dispp1$blc4,,,bl+ept,bw/2,bt1$v1=vlinqr(0,14) vgen,2,v1,,,,,bh-bt1$blc4,,,bl+ept,bt2/2,bh$wpoff,,,-dispp1$blc4,,,ept,epw/2,eph vovlap,all$numcmp,all!螺栓孔vsel,none$wpcsys,-1$wpoff,ch-2*ct1,dish/2,ntz1$wprota,,,90$cyl4,,,bhd/2,,,,blv1=vlinqr(0,14)$vgen,2,v1,,,,,disv2$vgen,2,v1,,,,,disv2+disv1$ cm,hvolu,voluvsel,s,loc,x,ch-ct1,ch+ept$cm,vls,volu$vsel,allvsbv,vls,hvolu$vsel,all$numcmp,all$vplot!切分柱（为了划分映射网格）vsel,s,loc,x,0,ch$wpcsys,-1$wpoff,,,ch-ct1$vsbw,all$wpoff,,,ntz1-ch+ct1$vsbw,allwpoff,,,disv2/2$vsbw,all$wpoff,,,disv2/2$vsbw,all$wpoff,,,disv1$v sbw,all wpcsys,-1$wpoff,,,ch+eph+ct1$vsbw,all$wpoff,,dish/2$wprota,,90$vsbw, all numcmp,all!切分柱的有孔部分wpcsys,-1$kwpave,27$wprota,,143$vsbw,84$kwpave,174$wprota,,-23$vsbw,82 wpcsys,-1$kwpave,59$wprota,,51$vsbw,81$kwpave,179$wprota,,-4$vsbw,85 wpcsys,-1$kwpave,179$wprota,,133$vsbw,88$kwpave,69$wprota,,7$vsb w,83 wpcsys,-1$kwpave,174$wprota,,60$vsbw,86$kwpave,31$wprota,,-32$vsbw,87 wpcsys,-1$kwpave,35$wprota,,152$vsbw,92$kwpave,222$wprota,,-32$vsbw,91 wpcsys,-1$kwpave,54$wprota,,40$vsbw,89$kwpave,223$wprota,,9$vsbw, 90vsel,all$numcmp,all!切分梁vsel,s,loc,x,ch,2*bl$wpcsys,-1$wpoff,,,ntz1$vsbw,all$qxd=(bw-dish)/2wpoff,,,qxd$vsbw,all$wpoff,,,-2*qxd$vsbw,all$wpoff,,,disv2$vsbw,allwpoff,,,qxd$vsbw,all$wpoff,,,qxd$vsbw,all$wpoff,,,disv1-2*qxd$vsbw,allwpoff,,,qxd$vsbw,all$wpoff,,,qxd$vsbw,all$wpoff,,dish/2$wprota,, 90$vsbw,all wpoff,,,-qxd$vsbw,all$wpoff,,,2*qxd$vsbw,all !切分端板vsel,s,loc,x,ch,ch+ept$wpcsys,-1$wpoff,,,ch+dispp1$vsbw,all wpoff,,,bt1$vsbw,all$wpoff,,,bh-2*bt1$vsbw,all$wpoff,,,bt1$vsbw,allwpoff,,bt2/2$wprota,,90$vsbw,all$numcmp,all!再切分端板上有孔的部分lsel,s,radius,,bhd/2$asll,s$vsla,s$lsel,all$asel,all$vsel,r,loc,x,ch ,ch+eptwpcsys,-1$kwpave,438$wprota,,45$vsbw,all$kwpave,440$vsbw,all kwpave,444$vsbw,all$wpcsys,-1$kwpave,432$wprota,,-45$vsbw,allkwpave,436$vsbw,all$kwpave,416$vsbw,all$wpcsys,-1$allsel,allnumcmp,all!以上命令流没有问题!定义组件——柱、梁与端板vsel,s,loc,x,0,ch$cm,vcolu,voluvsel,s,loc,x,ch,ch+ept$cm,vep,voluvsel,s,loc,x,ch+ept,2*bl$cm,vbeam,volu!螺栓vsel,none$wpoff,ntx1,nty1,ntz1$wprota,,,-90$cyl4,,,bhnd/2,,,,ntcyl4,,,bd/2,,,,nt+ept+ct1+bht$wpoff,,,nt+ept+ct1$cyl4,,,BHN D/2,,,,bht $vovlap,allwprota,,90$vsbw,all$wprota,,,90$vsbw,all$cm,vbolt,volu$vge n,2,vbolt,,,,,disv2vgen,2,vbolt,,,,,disv2+disv1$cm,vbolt,volu$allsel,allnumcmp,all$wpcsys,-1!定义实体单元类型和材料常数，划分单元网格et,1,solid185$mp,ex,1,2.1e5$mp,prxy,1,0.3$tb,bkin,1$tbdata, 1,235 !梁和柱mp,ex,2,2.2e5$mp,prxy,2,0.25$tb,bkin,2$tbdata,1,400 !螺栓组mp,ex,3,2.1e5$mp,prxy,3,0.28$tb,bkin,3$tbdata,1,325$R,1$R,2$R ,3 !端板cmsel,s,vbolt$vatt,2,2,1$mshkey,1$esize,8$vmesh,all cmsel,s,vep$vatt,3,3,1$esize,10$vmesh,allcmsel,s,vbeam$vatt,1,1,1$lsel,s,length,,bl$lesize,all,50$lsel,all esize,10$vmesh,allcmsel,s,vcolu$lsel,s,length,,ch-ct1$lesize,all,30$lsel,s,length,,ch-2*ct1lesize,all,40$lsel,all$esize,10$vmesh,all$allsel,all!定义接触单元和目标单元et,2,conta174$et,3,targe170$et,4,conta174$et,5,conta174keyopt,4,12,3$keyopt,5,5,3dfkn=1.0$dfto=0.01!创建接触对!端板与立柱之间（标准接触）r,4,,,dfkn,dfto$cmsel,s,vep$nslv,s,1$nsel,r,loc,x,ch$real,4$typ e,2$esurf cmsel,s,vcolu$nslv,s,1$nsel,r,loc,x,ch$nsel,r,loc,z,ch-ct1,ch+eph+ct1type,3$esurf!螺栓接触，采用循环定义各个螺栓的接触对ntz2=ntz1+disv2$ntz3=ntz2+disv1*do,ibolt,1,3$ntzi=ntz%ibolt%mni1=2+3*ibolt$mni2=3+3*ibolt$mni3=4+3*ibolt!螺母与端板之间（标准接触）r,mni1,,,dfkn,dfto$lsel,s,radius,,bhnd/2$lsel,r,loc,z,ntzi-bhnd/2,ntzi+bhnd/2 lsel,r,loc,x,ntx1-nt$asll,s$asel,r,loc,x,ntx1-nt$lsel,allnsla,s,1$real,mni1$type,2$esurflsel,s,radius,,bhd/2$lsel,r,loc,z,ntzi-bhd/2,ntzi+bhd/2$lsel,r,loc,x,ntx1-nt asll,s$asel,r,loc,x,ntx1-nt$lsel,all$nsla,s,1$type,3$esurf!栓杆与孔壁之间（标准接触）r,mni2,,,dfkn,dfto$lsel,s,radius,,bd/2$lsel,r,loc,z,mtzi-bd/2,ntzi+bd/2asll,s$asel,r,loc,x,ch-ct1,ch+ept$asel,u,loc,x,ch-ct1$asel,u,loc,x,ch+ept lsel,all$nsla,s,1$real,mni2$type,5$esurf lsel,s,radius,,bhd/2$lsel,r,loc,z,ntzi-bhd/2,ntzi+bhd/2$asll,s$lsel,allasel,u,loc,x,ch$asel,u,loc,x,ch+ept$asel,u,loc,x,ch-ct1$nsla,s,1$type,3$esurf !栓头与立柱之间（绑定接触）r,mni3,,,dfkn,dfto$lsel,s,radius,,bhnd/2$lsel,r,loc,z,ntzi-bhnd/2,ntzi+bhnd/2 lsel,r,loc,x,ch-ct1$asll,s$asel,r,loc,x,ch-ct1$lsel,allnsla,s,1$real,mni3$type,4$esurflsel,s,radius,,bhd/2$lsel,r,loc,z,ntzi-bhd/2,ntzi+bhd/2$lsel,r,loc,x,ch-ct1 asll,s$asel,r,loc,x,ch-ct1$lsel,all$nsla,s,1$type,3$esurf$*enddo!施加载荷和约束allsel,allasel,s,loc,z,0$asel,a,loc,z,2*ch+eph$da,all,allasel,s,loc,y,0$da,all,symmasel,s,loc,z,ch+dispp1+bh$asel,r,loc,x,ch+ept,2*bl$sfa,all,1,p res,6.5$allsel,all !定义求解参数并求解/solu$nlgeom,on$outres,all,all$time,1$nsubst,50$pred,off$s olve!进入后处理查看结果/post1$/expand,2,rect,half,,1e-6$pldisp,1cmsel,s,vbeam$eslv$plnsol,s,xcmsel,s,vbolt$eslv$plnsol,s,eqv$plnsol,eppl,eqv cmsel,s,vep$eslv$plnsol,s,eqv$plnsol,eppl,eqvcmsel,s,vcolu$eslv$plnsol,s,eqv$plnsol,eppl,eqv$allsel,all。
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。
许多科研工作者通过理论和实际计算，对螺栓结构进行了仿真。
在国内，兰夏燕等人[1]运用MPC 法和螺纹区域法简化螺栓的受力情况，发现MPC 法比螺纹区域法节省更多时间，迭代方便；黄敬尧等人[2]忽略螺母、螺栓建模并以压力代替预紧力进行ANSYS 仿真分析；龙建辉[3]通过Hypermesh 与ANSYS 联合仿真，确定了某型基于ANSYS的螺栓结构仿真分析10.19446/ki.1005-9423.2022.02.003■ 文/廖雁兵1，何 巽2（1.合肥联宝信息科技有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽农业大学，安徽 合肥 230000）摘 要：在围板箱的结构优化仿真问题的基础上找寻一种方法，对围板箱钢架结构上的螺栓结构进行简化，以降低围板箱整体仿真时的复杂度。
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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
CONNECTION方法来实现； ➢ 不建立任何几何体素，在边界的约束读
取反力，通过理论公式进行校核；
螺栓处理过程
➢ 在模拟螺栓过程中需要考虑的方面：
− 几何：螺栓和法兰 − 网格：如何采用最少的自由度来代表真实的结构；；四面体网格/六面
体网格 − 接触：接触的定义，实现载荷传递 − 载荷：预紧力；工作载荷；
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）
ANSYS螺栓仿真校核技术专题
技术创新 变革未来
CAE仿真分析发展-----系统VS细节
CAE当前发展充满辩证思想
系统VS细节 Multi-Level
单机 VS 云平台 Multi-Platform
焊缝
宏观VS微观 Multi-Scale
Qcell1 Qcell2 Qcell3 Qcell4 Qcell5 Qcell6 Qcell7 Qcell8 Qcell9 Qcell10 Qcell11 Qcell12 Qcell13 Qcell14 Qcell15 Qcel16
✓ 载荷步1：预紧力施加（preload or adjustment）- （500N) ✓ 载荷步2：锁定预紧力 ✓ 载荷步3：施加工作载荷 − 后处理
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
注塑机主轴螺栓VDI2230 强度评估 风机轮毂螺栓强度评估 风机塔筒螺栓评估 柴油机活塞连杆螺栓分析 内燃机机架NVH分析
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
• 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
通用软件 VS 专业分析系统 Multi-Paas
Temp_block_1 Temp_block_10 Temp_block_11 Temp_block_12 Temp_block_13 Temp_block_14 Temp_block_15 Temp_block_16 Temp_block_2 Temp_block_3 Temp_block_4 Temp_block_5 Temp_block_6 Temp_block_7 Temp_block_8 Temp_block_9
单场VS多场 Multi-Disciplinary
纯校核 VS 设计---制造 Multi-stage
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
• 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
螺栓相关
分析目的
刚度匹配合理，力流传载合理
1
螺栓连接刚度
模态，系列动力学分析合理
2
被连接件静强度评估
接触应力，挤压强度
3
螺栓预紧力计算
装配应力
4
螺栓旋入过程分析
旋入过程模拟以得到
5
螺栓静强度计算
螺栓静强度评估
6
螺栓疲劳寿命分析
螺栓可靠性评估
7
密封、夹紧力校核
➢ 几何结构与处理方式（2）相同 ➢ 通过加密接触部分（螺栓杆与螺母）的网格，Contact sizing ➢ 网格大部分情况下都是四面体网格，需要检查网格质量
螺栓处理方式（4）
➢ 几何结构处理相对复杂，进行切分，可以进行扫略划分 ➢ 六面体网格划分，螺纹处网格加密
螺栓处理方式（5）
➢ 几何及网格与处理方式（4）相同
螺栓失效及校核
•螺栓模拟问题比较复杂：
➢ 需要根据工程实际问题； ➢ 所关心的部位来区别对待，采
用不同方法来模拟
•模拟方法：
➢ 建立螺纹特征，进行精细分析 ➢ 建立螺栓实体，不建立螺纹特征，螺纹
与螺栓之间通过绑定接触进行连接； ➢ 建立线体，通过BEAM的方法来模拟螺栓，
可以施加螺栓预紧； ➢ 建立螺栓连接关系，采用BEAM