ansys_workbench_螺栓_接触分析
Ansys螺栓联接的接触分析
第一篇ANSYS结构分析第1章接触分析1.1 螺栓和法兰联接的接触分析在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。
螺栓联接的研究历史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两种常用的方法，理论解析法和有限单元法。
由于理论解析法要对结构进行简化，忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。
ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。
下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。
1.1.1 主轴联轴螺栓作用水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和转子支架。
在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。
如果联轴螺栓联接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常稳定运行。
情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。
下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）脚本编程语言，编制程序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。
12图1-1 主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图 图1-2 主轴联轴螺栓结构边界条件 1.1.2 主轴联轴螺栓分析流程针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL 程序，建立了螺母和圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。
同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。
下面结合APSL 程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI 操作方式。
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第7章 接触分析
3．无摩擦
• 无摩擦接触，即两接触体之间是理想状态。当外力作用时，两接触体可以发生 分离和相对滑动，当两物体分离后，法向作用力减为0，两物体接触滑动时处 于理想状态，不产生摩擦力作用。
4．静摩擦
• 模拟静摩擦的场景，当两物体之间不发生相对滑动但是存在静摩擦力的时候， 可以使用本接触类型进行设置，可以理解为两物体之间的静摩擦力需要多大就 提供多大。
• 7.3.2 几何建模 • 7.3.3 材料属性设置 • 7.3.4 接触设置 • 7.3.5 网格划分 • 7.3.6 载荷及约束设置 • 7.3.7 模型求解 • 7.3.8 结果后处理
7.4 接触分析实例——螺栓连接
• 螺栓连接在接触问题中非常典型，本例将以螺栓连接为对象，详细介绍如何加 载预紧力、设置螺栓连接接触类型等常见技术问题，为读者进行螺栓连接分析 提供指导。
5．摩擦接触
• 通用摩擦接触，既包含静摩擦也包含滑动摩擦，在接触初始时，两接触体是静摩擦状态，当 外界作用力增大且使两接触体发生相对滑动时，此时产生滑动摩擦，滑动摩擦力基于F=计算， 用户在定义该接触类型时需要定义接触面之间的摩擦系数。
6．滑动摩擦
• 直接滑动摩擦接触是指接触体之间不发生静摩擦作用的阶段。该接触类型只针 对刚体动力学分析，系统接触力与法向正压力成正比。
• 支座及底板材质为结构钢材，在WB 19.0中默认即可；螺栓材质选用45号钢，其材料属性参 数：Ε=209000MPa，泊松比μ=0.269。
• 7.4.4 接触设置 • 7.4.5 网格划分 • 7.4.6 载荷及约束设置 • 7.4.7 模型求解 • 7.4.8 结果后处理
7.5 本章小结
• 本章先对接触问题的基本概念和模型进行介绍，让读者对有限元接触有一个概 念性的了解。然后通过两个实例分析，详细介绍如何在WB 19.0中进行含非线 性接触问题的仿真设置和操作，并对WB 19.0中提供的各类接触模型及接触类 型进行逐一讲解，使读者掌握如何选择接触类型、设置接触参数、查看接触产 生的各种结果类型，最终完成整个接触项目的仿真。
ANSYSWorkbench接触分析案例详解
ANSYSWorkbench接触分析案例详解本⽂由Workbench⼩学⽣授权转载这篇⽂章囊括了接触分析中常见的问题，并通过思考和验证，给出了解决⽅案和经验总结，相信朋友们按照这篇教程完整的⾛⼀遍分析过程，会对接触分析的理解更近⼀步。
1.建模。
条件：⼀个圆盘与⼀个矩形板，⽣成壳体。
注意：两者分析之前未接触。
2.选取材料。
进⼊材料库，选取⾮线性材料中的铝合⾦（Aluminum Alloy NL）注意：NL表⽰Nonlinear ，译为⾮线性。
3.进⼊分析模块，调出Properties选项4.修改分析类型，将Analysis type由3D改为2D5.双击Model进⼊分析界⾯，修改矩形板的材料为Aluminum Alloy NL，圆盘默认为结构钢（Structural Steel）6.参数设置（1）根据左侧outline依次向下添加（由于此分析不⽤添加局部坐标系，因此修改完材料属性后，直接添加接触）（2）⼯况：矩形板与圆盘为摩擦接触（也可使⽤⽆摩擦接触，读者可以亲⾃尝试）（3）接触⾯为圆盘外圆周，⽬标⾯为矩形板顶边，设置摩擦系数为0.15（4）由于模型为刚-柔接触，因此修改behavior为⾮对称（Asymmetric）（5）在advanced中将接触算法设置为增⼴拉格朗⽇（Augmented Lagrange）（6）探测⽅法设置为⾼斯点探测（on Gauss point ）注意：①由于两者的材料都是⾦属，因此摩擦系数 ≤0.2②⾮线性分析中默认的接触算法为增⼴拉格朗⽇（Augmented Lagrange），线性默认为纯罚函数（Pure penalty）③纯罚函数的收敛性很好，接触刚度对其影响⼤，但是它的穿透性不可控制，⽽增⼴拉格朗⽇收敛性表现为穿透较⼤，迭代次数较多，但其可以在⼀定程度上控制穿透性④⾼斯点与节点探测的区别：⾼斯点：适合⼤多情况，⽹格密度⼩、更精确节点：仅适⽤于⾓接触⑤局部坐标系的添加：如果全局坐标系不是所需要的，就必须添加局部坐标系作为附属坐标系7.划分⽹格（Mesh），选中图中模型，根据模型⾃动划分⽹格8.分析设置（Analysis Setting）（1）打开⾃动时间步（Anto Time Stepping）与⼤变形（Large Deflection）（2）修改载荷⼦步依次为50,50,100后，其他均默认9.添加边界条件（Load or Supports）（1）选中矩形板的下边线，将其设置为Displacement（2）X⽅向数值设置为-15mm，Y⽅向数值设置为0（3）选中圆盘的外圆周，将其设置为Fixed support思考：为什么打开⼤变形开关？答：因为在静⼒学中，极限转动⾓度为10°，⼤位移或者⼤转动即视为⾮线性分析，当受⼒物体的变形与其⼏何尺⼨相⽐较⼤，且线性叠加原理不再适⽤时，可视作⼤变形。
基于ANSYS Workbench螺栓连接不同建模方法的有限元分析
基于ANSYS Workbench螺栓连接不同建模方法的有限元分析王丽【摘要】螺栓连接是机械工程中常见的连接方式,然而在不同的行业、不同的研究问题以及不同的工况下处理螺栓连接所使用的建模方法也有所不同.不同建模方法是否会对机械组件的计算结果产生较大的影响、不同建模方法的特点、不同建模方法的适用场合、目前最主要的螺栓连接的建模方法等等问题,文章将以一个简单的例子予以回答,旨在为实际工程中螺栓连接问题的处理提供参考.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】4页(P126-129)【关键词】螺栓连接;建模方法;有限元分析;ANSYS Workbench软件【作者】王丽【作者单位】陕西工业职业技术学院,陕西咸阳712000【正文语种】中文【中图分类】TS103.3螺栓连接是机械设计及工程问题中常见的紧固连接方式，几乎所有的设备上都能用到螺栓连接。
通常，在连接螺栓的强度设计和校核中，根据螺栓受到的外载，计算螺栓预紧力，再根据不同工况下的计算公式进行强度计算，如静载荷与动载荷的分析计算。
有限元分析方法是通过分析螺栓连接的整体装配模型，获得螺栓外载，再通过手工计算进行螺栓连接的设计。
然而，螺栓连接的行为相当复杂。
典型的螺栓连接受限于各种因素的影响，从初始预紧到最后的螺栓变化载荷，需要考虑的参数组合相当令人困惑，尤其是还要考虑螺栓连接的失效。
因此准确地构造螺栓连接特征就显得尤为重要[1-2]。
基于不同的螺栓连接设计需求，有限元分析中对分析模型的处理方式也不同。
下面给出了螺栓连接4种建模方法的数值模拟过程，并加以讨论。
（1）螺栓不参与建模，零件之间的连接使用绑定接触，无螺栓预紧力。
（2）螺栓连接采用梁单元建模，此处采用两种方式：梁连接无螺栓预紧力；线体模型的梁单元包含螺栓预紧力及连接面之间的摩擦接触。
（3）螺栓连接使用实体单元，不包含螺纹接触，包含螺栓预紧力及摩擦接触。
（4）螺栓连接使用实体单元，包含螺纹接触、螺栓预紧力及摩擦接触。
ANSYS接触类型分析.
Workbench中提供了5种接触类型，单从字面上很难理解这几种接触的区别，下面将帮助中关于这几个接触类型的描述翻译出来，供参考:1.Bonded（绑定）:这是AWE中关于接触的默认设置。
如果接触区域被设置为绑定，不允许面或线间有相对滑动或分离。
可以将此区域看做被连接在一起。
因为接触长度/面积是保持不变的，所以这种接触可以用作线性求解。
如果接触是从数学模型中设定的，程序将填充所有的间隙，忽略所有的初始渗透。
2.No Separation（不分离）:这种接触方式和绑定类似。
它只适用于面。
不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。
3.Frictionless（无摩擦）:这种接触类型代表单边接触，即，如果出现分离则法向压力为零。
只适用于面接触。
因此，根据不同的载荷，模型间可以出现间隙。
它是非线性求解，因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。
假设摩擦系数为零，因此允许自由滑动。
使用这种接触方式时，需注意模型约束的定义，防止出现欠约束。
程序会给装配体加上弱弹簧，帮助固定模型，以得到合理的解。
4.Rough（粗糙的）:这种接触方式和无摩擦类似。
但表现为完全的摩擦接触，即没有相对滑动。
只适用于面接触。
默认情况下，不自动消除间隙。
这种情况相当于接触体间的摩擦系数为无穷大。
5.Frictional（有摩擦）:这种情况下，在发生相对滑动前，两接触面可以通过接触区域传递一定数量的剪应力。
有点像胶水。
模型在滑动发生前定义一个等效的剪应力，作为接触压力的一部分。
一旦剪应力超过此值，两面将发生相对滑动。
只适用于面接触。
摩擦系数可以是任意非负值。
其他总结：Bonded：无相对位移，如同共用节点。
No Separation：法向不分离，切向可以有小位移。
后面三种为非线性接触。
Frictionless：法向可分离，但不渗透，切向自由滑动。
Rough：法向可分离，不渗透，切向不滑动。
Frictional：法向可分离，不渗透，切向滑动，有摩擦力。
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。
5.3.9 接触设置综合实例[共10页]
![5.3.9 接触设置综合实例[共10页]](https://img.taocdn.com/s3/m/cabc9f6769dc5022abea0018.png)
5.3 状态非线性分析——接触5.3.9 接触设置综合实例通过前面例子的学习，已经了解了WB中接触设置。
下面以一个2D压片弯曲挤压胶片，胶片再承受密封流体压力的例子综合描述接触分析。
本例包含刚柔接触、自接触、密封流体压力。
1．建立2D模型如图5-3-99所示，建立一个含压模板、压片、胶片的2D模型。
由于压片上端为曲线，且压片与胶片均处于相对自由状态，所以很难精确定义压模板和胶片与压片相切的位置，因此压模板距压片有微小间隙，胶片与压片呈过盈状态。
压模板在整个过程中几乎不变形，而且也不是本分析所关注的目标，所以将其定义为刚体；压片在整个过程中存在大的弯曲变形，其结果将表现为首尾相接触，将其材料定义为非线性铝合金；胶片为橡胶件，整个过程中存在大应变，且胶片内部存在自接触可能，将其本构定义为Ogden 3rd Order类型。
压模板，命名tie，刚体压片，命名Surface Body，材料本构为非线性铝合金胶片，命名rub，材料本构为Ogden 3rd Order图5-3-99 2D模型2．2D模型及材料设置调用WB默认材料库内的非线性铝合金（General Non-linear Materials→Aluminum Alloy NL），新增一个材料，命名为rub，本构选择Hyperelastic→Ogden 3rd Order，9个参数分别为：MU1=0.043438MPa，A1=1.3，MU2=8.274E−5MPa，A2=5，MU3=−0.0006895MPa，A3=−2，D1=0.029MPa^−1，D2=0MPa^−1，D3=0MPa^−1。
在Geometry→2D Behavior处定义为Plane Stress（平面应力），如图5-3-100所示。
– 435 –第5章 非线性静力学分析– 436 – 3．Virtual Topology （虚拟拓扑）设置虚拟拓扑一般用于合并几个不同平面，使其保证为一个有限元拓扑模型，除此之外，还可用于分割模型。
Ansys螺栓联接的接触分析
第一篇 ANSYS结构分析第1章接触分析1.1 螺栓和法兰联接的接触分析在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。
螺栓联接的研究历史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两种常用的方法，理论解析法和有限单元法。
由于理论解析法要对结构进行简化，忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。
ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。
下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。
水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和转子支架。
在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。
如果联轴螺栓联接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常稳定运行。
情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。
下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）脚本编程语言，编制程序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。
图1-1 主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图图1-2 主轴联轴螺栓结构边界条件针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL程序，建立了螺母和圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。
同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。
下面结合APSL程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI操作方式。
ANSYS软件版本选用ANSYS6.1。
!**********************************************************! 设置结构基本参数（参数可以按不同结构改变）! 参数单位为力：N，长度：mm，弹性模量：N/mm2，密度：tons/mm3!***********************************************************SET,RAD_I,1250/2 !主轴内半径*SET,RAD_PANI,705 !圆盘内半径*SET,RAD_O,2450/2 !主轴外半径*SET,RAD_PANO,1830 !圆盘外半径*SET,RAD_B,180/2 !螺栓孔径*SET,M_BOLT,160 !螺栓最小直径*SET,M_BH1,350+170+50 !螺栓在主轴方向长度*SET,M_BH2,350+170+250 !螺栓在圆盘方向长度*SET,M_NUT,280/2 !螺母大半径,六面体对角线长度*SET,H_NUT,170 !螺母高*SET,RAD_DRILL,2140/2 !螺栓节圆半径*SET,RAD_M,750+150 !主轴内止口半径*SET,H_M,18 !主轴内止口高度*SET,RAD_BI,1950/2 !螺栓孔划平处内径*SET,RAD_BO,2330/2 !螺栓孔划平处外径*SET,RAD_BH,5 !螺栓孔划平处高度*SET,F_RAD,45 !主轴与划平处过渡圆角半径*SET,FH_RAD,1855/2 !螺栓孔划平处内半径*SET,R_FILLT,125 !主轴过渡圆角*SET,N,15 !螺栓分度数*SET,KEY_W,290 !切向定位键宽*SET,KEY_H,130 !切向定位键高*SET,TH,200 !主轴轴壁最薄处厚度*SET,FLANG_H1,350 !主轴法兰高度*SET,FLANG_H2,350 !圆盘高度*SET,H_SHAFT,350+490 !主轴上倾斜部分高度*SET,H_SH,H_SHAFT+500 !主轴总高度*SET,PI,ACOS(-1) !PI值*SET,ELEMSIZE,60 !拉伸单元大小（可根据结构尺寸调节）/GRAPHICS,POWER !Activate PowerGraphics!****************************************! 加载参数!*****************************************SET,DISP_B,0.75 !螺栓预紧的伸长量*SET,ZMAX,H_SH !轴向方向最高处,加轴向力位置*SET,F_EXT,22.9215E+5*12 !总的轴向力*SET,F_EEF,30.827E+5*12 !半数磁极短路时在BOLT中引起的拉力*SET,R_OUT,RAD_PANO !圆盘外半径*SET,T_W,375 !圆盘被约束宽度*SET,U_R,R_OUT-T_W !圆盘被约束处内半径!****************************************! 准备建立模型!****************************************/PREP7 !进入ANSYS前处理器ET,1,185 !定义实体单元类型为三维8节点Solid185块体单元 GUI操作路径：ANSYS M ain Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add → select Solid Brick 8node 185 →OK →Close (the Element Type window) MP,EX,1,2.06E5 MP,NUXY,1,0.29MP,DENS,1,7.85E-9 !定义主轴材料为材料1GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models → Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.06e5, PRXY:0.29 → OKANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models → Structural →Linear →Density →input DENS:7.85e-9 → OKMP,EX,2,2.06E5MP,NUXY,2,0.29MP,DENS,2,7.85E-9 !定义圆盘材料为材料2GUI操作路径：同上。
ansys 接触分析详解
ansys 接触分析详解ansys是一种广泛使用的有限元分析软件，可用于许多工程领域，包括接触问题的解决。
接触分析是模拟不同组件之间的接触和相互作用的过程，包括机械接触问题、磨损问题和摩擦问题等。
在这篇文章中，我们将深入探讨ansys接触分析的基础知识和应用。
首先，ansys的接触分析功能主要是基于两个主要的接触算法：拉格朗日法和欧拉法。
拉格朗日法是一种基于位移的方法，它根据接触点的相对位移计算接触力，并将其应用于固体上。
欧拉法是一种基于速度的方法，它通过基于刚体动力学计算接触力。
两种方法各有优缺点，应根据具体问题选择合适的方法。
接下来，我们将介绍ansys中用于接触分析的工具和技术：1. 接触配对：在模拟接触问题时，需要对参与接触的两个组件进行配对。
ansys可以自动完成这个过程，并且用户可以通过手动指定匹配方式来进行更精确的模拟。
2. 接触条件：ansys支持多种接触条件，包括无摩擦、粘滞、线性弹簧和非线性弹簧。
用户可以根据实际情况选择合适的接触条件，并根据需要进行调整。
3. 接触分析类型：ansys支持两种接触分析类型：静态接触分析和动态接触分析。
静态接触分析用于研究静止状态下的接触问题，而动态接触分析用于模拟动态接触问题，例如冲击和振动。
4. 接触网格：接触分析需要对网格进行紧密的划分，以准确地表示接触面的几何形状。
为此，ansys提供了多种接触网格工具，包括自动网格划分、手动网格划分和基于接触表面的划分。
用户可以根据需要使用这些工具。
5. 接触后处理：完成接触分析后，还需要进行结果的后处理。
ansys提供了多种接触后处理工具，例如接触力分布图、接触区域和应力分布。
用户可以使用这些工具对结果进行深入的分析。
最后，ansys接触分析的应用范围非常广泛，例如机械工程、航空航天、汽车、船舶、建筑和医疗设备等领域。
ansys的接触分析功能可以帮助工程师准确地模拟接触问题，并提供精确的结果，从而帮助他们做出更好的决策和设计。
基于ANSYSWorkbench螺栓连接不同建模方法的有限元分析
10.16638/ki.1671-7988.2019.08.040基于ANSYS Workbench螺栓连接不同建模方法的有限元分析*王丽（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000）摘要：螺栓连接是机械工程中常见的连接方式，然而在不同的行业、不同的研究问题以及不同的工况下处理螺栓连接所使用的建模方法也有所不同。
不同建模方法是否会对机械组件的计算结果产生较大的影响、不同建模方法的特点、不同建模方法的适用场合、目前最主要的螺栓连接的建模方法等等问题，文章将以一个简单的例子予以回答，旨在为实际工程中螺栓连接问题的处理提供参考。
关键词：螺栓连接；建模方法；有限元分析；ANSYS Workbench软件中图分类号：TS103.3 文献标志码：A 文章编号：1671-7988(2019)08-126-04Finite Element Analysis of Different Modeling Methods for Bolted ConnectionsBased on ANSYS Workbench*Wang Li（Shaanxi Polytechnic Institute, Shaanxi Xianyang 712000）Abstract: Bolt connection is a common connection mode in mechanical engineering. However, the modeling methods used to deal with bolt connection are different in different industries, different research problems and different working conditions. Whether different modeling methods will have a great impact on the calculation results of mechanical components, the characteristics of different modeling methods, the applicable occasions of different modeling methods, and the most important modeling methods of bolted connections at present, will be answered by a simple example in this paper, in order to provide reference for the treatment of bolted connection problems in practical engineering.Keywords: Bolted connection; Modeling method; Finite element analysis; ANSYS Workbench softwareCLC NO.: TS103.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)08-126-04引言螺栓连接是机械设计及工程问题中常见的紧固连接方式，几乎所有的设备上都能用到螺栓连接。
基于ANSYS Workbench螺栓连接强度分析
]90|Application of Mechanics-electronics Technology》机电技术应用](2020年#0月上〕基于ANSYS Workbench螺栓连接强度分析.杨佩东(山西工程职业学院，山西太原030009)摘要：针对某管道法兰螺栓连接进行有限元分析，通过solidworks三维绘图软件建立分析模型，导入有限元分析软件ANSYS Workbench中，通过对管道和螺栓赋予一定材料属性以及相应的载荷约束,得出螺栓所受最大Von Mises等效应力、最大径向应力、最大轴向应力以及最大应变均满足实际工况使用要求#同时经过此次研究分析，为其他结构螺栓连接强度分析提供一定的参$关键词:ANSYS Workbench；螺栓连接；强度分析中图分类号:TH131.3文献标志码:A文章编号:1672-3872(2020)19-0190-020引言螺纹连接是利用螺纹零件组成的一种可拆卸的连接,是机械设计和工程上常见的紧固连接方式,螺纹连接的基本类型有四种,分别为螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接⑴。
螺栓连接由于结构简单,拆装方便,被广泛应用于航天%造船、汽车、吊装等各种工程结构当中。
由于螺栓连接在实际工程使用当中受力较为复杂,采用理论计算,通常繁琐且精度较差,随着有限元技术的，较的复杂结构受力分析叫本文针对螺栓连接进行有限元分析。
$螺栓连接强度分析1.1建立几何模型采用SolidWorks三维绘图软件建立螺栓几何模型,并在装式下进行螺栓％装，在建程中为了有限元分析计算，螺栓螺纹建，在AN-SYS Workbench中采用应接类型行螺纹兰连接状态。
建的三维型图1。
______________图1螺栓连接三维模型基金项目：山西省教育科学规划课题“重点实验室建设与复合型人才培养研究”(GH-18140)；山西工程职业学院2019年度研“''的教学改与实”(JKY-201911)作者简介：杨佩东(1988—),男，人，硕士，助教，研究方向：有限元分析技术。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第15章-接触问题分析
第15章接触问题分析接触问题是一种高度的非线性行为，通常两个独立表面之间相互接触并相切时，称之为接触。
对接触问题进行分析时，需要较多的计算资源。
接触的特点是属于状态变化的非线性，也就是说，系统刚度取决于接触的状态，即部件之间是接触或是分离。
★ 了解接触问题分析方法。
15.1接触问题分析概述从物理意义上讲，接触的表面具有以下特点：相互之间不会渗透（如图15-1所示），可传递法向压缩力和切向摩擦力，通常不传递法向拉伸力，相互之间可自由分离和互相移动。
由于接触体之间是不相互渗透的，因此程序必须建立两表面间的相互关系以阻止分析中的互相穿透，这称为强制接触协调性。
（a）不渗透接触（b）渗透接触图15-1 接触方式15.1.1 罚函数法和增强拉格朗日法对于非线性实体表面接触，可使用罚函数或增强拉格朗日法，这两种方法都是基于罚函数方程的。
在此对于一个有限的接触力F normal存在一个接触刚度k normal的概念，接触刚度越高，穿透量x penetration越小，如图15-2所示。
第15章 接触问题分析对于理想无限大的k normal ，穿透量为0。
但对于罚函数法而言，这在数值计算中是不可能的，但是只要x penetration 足够小，或许可以忽略，且求解的结果也是精确的。
罚函数法和增强拉格朗日法的区别就是后者加大了接触力（压力）的计算。
罚函数法：F normal = k normal x penetration增强拉格朗日法：F normal = k normal x penetration+λ因为额外因子λ的存在，增强拉格朗日法对于k normal 变得不敏感。
增强拉格朗日法通过增加额外的自由度（接触压力）来满足接触协调性，因此接触力（接触压力）作为一个额外自由度直接求解，而不通过接触刚度和穿透计算得到。
normal F DOF =该方法可以得到0或接近0的穿透量，如图15-3所示，这要消耗更多的计算代价。
浅谈ANSYS Workbench接触设置
浅谈ANSYS Workbench接触设置0、引言ANSYS中的接触可涉及位移、电压、温度、磁场等自由度，在这些接触中，涉及位移自由度的接触是比较复杂的。
本文大概介绍了ANSYS中接触求解的原理，并使用ANSYS Workbench计算了两圆柱接触和轮齿接触的接触应力并与赫兹公式进行了对比，最后给使用ANSYS Workbench求解接触时提供了一些建议。
鉴于作者水平有限，难免会存在一些错误，希望广大读者批评指正。
1、ANSYS接触公式理论接触处理往往是复杂的。
可能的话推荐使用程序默认的设置。
因为现实接触体之间不会相互穿透，程序必须在两个表面之间建立一种关系，在分析中阻止彼此穿透。
程序阻止相互穿透的行为被称之为强制“接触兼容性”。
图1 接触穿透示意图为了在接触界面上强制执行兼容性，Workbench Mechanical通常提供了几个接触公式。
这些公式定义了使用的求解方法。
图2 接触算法设置界面•纯罚函数法•增广拉格朗日法•常规拉格朗日法•多点约束（MPC）法•梁(beam)如果穿透在一个接触容差（FTOLN*下层单元的深度）范围内，接触兼容性则是满足的。
接触深度是一个接触对中每个接触单元深度的平均值。
如果程序检测到任意穿透大于这个容差，全局求解仍然认为是不收敛的，即使残余力和位移增量达到了收敛准则。
图3 下层单元深度示意图2、纯罚函数法和增广拉格朗日法接触公式对于非线性实体接触面，可使用纯罚函数公式或者增广拉格朗日法公式。
这两个都是基于罚函数接触公式：F Normal=K Normal*X Penetration有限接触力F Normal，是接触刚度K Normal的函数。
接触刚度越高，接触穿透X Penetration越小，如下图说明：图4 接触刚度与接触穿透的示意图理想的，对于一个无限大的接触刚度K Normal，可以获得一个0穿透。
在基于罚函数方法下这在数值上是不可能的，但是，如果只要X Penetration足够小或者可以忽略，则认为求解结果是精确的。
ANSYS-WORKBENCH提供的六种接触类型
ANSYS-WORKBENCH提供的六种接触类型接触表示零件间的接触，ANASYS WORKBENCH 提供了6 种类型的接触，它们用于处理各种条件下的接触。
定义接触接触是其中一个很重要的模拟因素。
在模拟过程中，必须定义两个或多个部件之间的接触，这个操作需要通过ANSYS Workbench的接触模块完成。
ANSYS Workbench 提供了6个接触类型，分别为：1.螺纹接触: 用于偏心负载下的机械连接2.几何接触: 用于通用的对齐接触3.断面接触: 用于多个连接的管道或绞盘4.锚头接触: 用于建立任意形状的接触几何体5.描述器接触: 用于旋转联接结构和弹性接触件6.平衡及它增益接触: 可以使用平衡及其增益接触代替悬挂这些接触类型具有不同的适用范围，以适应不同的电子产品或机电一体化模拟需求。
螺纹接触螺纹接触在负载下建立偏心负载的机械连接，将螺栓组件和螺母组件视为接触部件，同时还可以考虑它们之间的旋转及扭转作用。
在 Workbench 中，螺纹接触命令可以在模拟选项中调用。
几何接触几何接触通常适用于两个不同的部件之间的无切向移动, 研究受力区域的几何跟边界条件。
当两个部件的表面形状不同，而又不考虑任何相对运动时，就需要使用几何接触。
在 ANSYS Workbench 中我们在接触设定菜单就可以找到几何接触。
断面接触断面接触常用于多个管道或绞盘之间的接触连接，在这个接触中，工程师必须考虑接触面上斜率及压力场之间的关系。
在 ANSYS Workbench 中，断面接触是在内部接触中进行定义和处理的。
锚头接触锚头接触可以用任何形状的几何体来建立接触，对于与几何接触不同，它可以用于建立平面之间的任意接触，但是不同于断面接触，锚头接触不用考虑压力场的影响。
我们可以直接在接触模块中选择锚头接触这个类型，在对话框中以输入容量和有接触的几何体的输入方式完成任务。
描述器接触描述器接触适用于建立旋转联接结构和弹性接触件，例如万向节上的活动和装配, 它可以使用具有平衡效果的材料来代替不规则的接触形状。
workbench屈服分析ANSYS接触分析及四个强度理论文件
⎡ π 2 • 30e6 • 12.771 ⎤ P' = 0.25 • ⎢ ⎥ = 65648.3lbf 2 (120) ⎣ ⎦
(
)
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-4
线性屈曲
作业7 – 开始页
• • • • 选取 “A link to a geometry file on my computer or network” 浏览文件 “pipe.x_t”. 点击文件 “Pump_housing” 按照指导教师的要求 更改工作路径 “Open a new simulation based on the selected geometry” 启动DS，关闭模板菜单
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-5
线性屈曲
作业7 – 前处理
1. 将工作单位设置为 U.S. customary单位制:
– “Units > U.S. Customary (in, lbm, psi, F, s)”.
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
对于应力结果进行快速检查表明，模型在受载荷后仍保持在材料允 许的力学性能范围内。 正如前面所述，这一步在屈曲分析中并不是必要的，但却被认为是 比较符合工程实际情况的。
模型是一个钢管，一端固定，另一端自由，并在这个自由端施加 了纯压缩载荷。管的尺寸和材料属性如下： OD = 4.5 in ID = 3.5 in. E = 30e6 psi, I = 12.7 in^4, L = 120 in. 在这样的情况下，我们假设管子遵循手册中的如下公式：
ANSYS接触分析
ANSYS接触分析ANSYS是一种广泛使用的工程仿真软件，能够进行各种工程问题的数值分析和模拟。
接触分析是ANSYS中的一种重要分析方法，用于研究和评估两个或多个物体之间的接触行为。
接触分析在机械、土木、汽车、航空航天等领域都有广泛应用，在设计和优化工程系统时提供了重要指导。
接触分析的基本原理是通过建立接触面上的接触条件和力学行为模型，来预测接触过程中的应力、应变和接触面的变形情况。
使用接触分析可以评估接触面上的压力分布、接触面的形状变化、摩擦力和接触面之间的滑动行为等。
接触分析能够帮助工程师优化设计，提高系统可靠性和效率。
ANSYS提供了多种接触分析方法，包括接触与非线性分析（contact and nonlinear analysis）、接触单元分析（contact element analysis）和基于拉格朗日和欧拉方法的接触分析（Lagrange and Euler contact analysis）等。
不同的方法适用于不同的接触问题，例如铰链接触、摩擦接触和完全粘连接触等。
在进行接触分析时，首先需要定义接触区域，即两个或多个物体之间的接触面。
接触面可以是平面、曲面或曲线，可以通过CAD模型导入或手动创建。
接下来，需要定义接触材料的特性，包括弹性模量、泊松比和摩擦系数等。
然后，需要为接触面上的节点或单元分配合适的边界条件，例如约束条件和荷载。
最后，可以运行接触分析并获得结果。
ANSYS的接触分析模块提供了丰富的分析结果和可视化工具，可以帮助用户理解接触行为并进行设计优化。
常见的结果包括两个物体之间的接触面积、接触面的法向压力分布、接触区域的摩擦力和切向位移等。
通过分析这些结果，可以评估接触性能和接触界面的强度。
总结来说，ANSYS接触分析是一种重要的工程仿真方法，可以用于评估两个或多个物体之间的接触行为。
它能够帮助工程师优化设计，提高系统可靠性和效率。
通过定义接触区域、材料特性和边界条件，运行接触分析并分析结果，可以得到关于接触性能和接触界面强度的重要信息。
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第7章 接触分析
接触分析
7.1 接触分析简介
• 接触分析主要分析接触体在外载荷作用下的位移、应力场以及接触边界状态和 接触力，是典型的非线性问题，其非线性主要是由于接触边界上边界条件非线 性引起的，它既有接触面积的变化导致的非线性，也有接触压力的分布变化产 生的非线性，还有由于摩擦作用产生的非线性。
• 通常接触问题中涉及的几何模型包括主动接触体（master body）和被动接触 体（slave body），被动接触体通常是网格精细、刚度较小的接触体表面。目 前在有限元分析中针对接触问题主要包含三种模型，分别是点-点模型、点-面 模型以及面-面模型。
3．无摩擦
• 无摩擦接触，即两接触体之间是理想状态。当外力作用时，两接触体可以发生 分离和相对滑动，当两物体分离后，法向作用力减为0，两物体接触滑动时处 于理想状态，不产生摩擦力作用。
4．静摩擦
• 模拟静摩擦的场景，当两物体之间不发生相对滑动但是存在静摩擦力的时候， 可以使用本接触类型进行设置，可以理解为两物体之间的静摩擦力需要多大就 提供多大。
7.1.3 面-面接触模型
• 面-面接触模型（Surface to Surface）是比较接近真实场景，也是较为普遍的 一类接触模型。相比前两种接触模型，面-面接触模型能够提供更好的分析结 果，而且也支持大变形和滑动摩擦，如图所示。
A
B
7.2 接触类型介绍
• WB 19.0中提供了6种接触类型，分别是绑定（Bonded）、无分离（No Separation）、无摩擦（Frictionless）、静摩擦（Rough）、摩擦接触 （Frictional）、滑动摩擦（Forced Frictional Sliding）。
1．绑定
• 绑定接触用于模拟两接触面无相对滑动的情况，类似于两者完全焊接在一起， 这类接触适用于所有接触区域。使用绑定接触通常会增大分析模型的刚度，在 使用中需要根据实际情况选用。
ANSYS workbench 接触简介
... 基本概念
接触区域协调性:
Training Manual
• 物理上，接触体间不相互渗透. 因此, 程序必须建立两表面间的相互关系以 阻止分析中的相互穿透 止分析中的相 穿透.
– 程序阻止渗透, 称为强制接触协调性. – Workbench Mechanical提供几种不同接触公式来在接触界面强制协调性.
– 一些例如对称接触或接触探测的主题稍后介绍
3-13
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
C. 接触刚度和渗透
Training Manual
• 尽管Workbench-Mechanical 默认为“Pure Penalty”, 但在大变 形问题的无摩擦或摩擦接触中建议使用“Augmented Lagrange”.
Fnormal k normal x penetration
– 这里对于 这里对于一个有限的接触力 个有限的接触力 Fnormal, 存在一个接触刚度的 存在 个接触刚度的knormal的概念，接触刚 的概念 接触刚 度越高，穿透 量 xpenetration越小，如下图所示 – 对于理想无限大的knormal , 零 零穿透. 这对于基于罚函数方法没有可能，但是只要 xpenetration 足够小或可忽略，求解的结果就是精确的。
Training Manual
介绍的具体课题是:
•
本章描述的性能通常适用于ANSYS Structural 或以上的license
3-2
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
A. 基本概念
接触:
• 两独立表面相互接触并相切，则称之为接触. • 一般物理意义上, 接触的表面包含如下特性: