螺栓预紧结构用Hypermesh做接触实例

螺栓预紧结构用Hypermesh 做接触实例

在很多场合，要将若干个零件组装起来进行有限元分析，如将连杆与连杆盖用连杆螺栓连接起来，机体与气缸盖用螺栓连接起来，机体与主轴承盖连接起来。如何模拟螺栓预紧结构更符合实际情况，是提高有限元计算精度的关键。

螺栓+螺母的连接与螺钉的连接有所不同，螺栓+螺母的连接方式比较简单，可以假设螺母与螺栓刚性连接，由作用在螺母上的拧紧力矩折算出作用在螺栓上的拉伸力F ，将螺杆中间截断，在断面各单元的节点上施加预紧单元PRETS179，模拟螺栓的连接情况。

对于螺钉（双头螺栓）连接有些不一样，螺钉头部对连接件1施加压应力，接触面是一个圆环面，但栽丝的一端，连接件2受拉应力。一种方法是在螺纹圆周上施加拉力，相当于螺纹牙齿接触部分，而且主要在前几牙上存在拉力，如第一牙承担60~65%的载荷，第二牙承担20~25%的载荷，其余作用在后几牙，但因螺纹的螺距较小，一般为1.5~2mm ，而单元的尺寸为3~4mm ，因此可以假定在连接件2的表面的螺纹圆周节点上施加拉力。另一种方法是在连接件2的表面的整个螺纹截面的所有节点上施加拉力，这样可能防止圆周上各节点上应力过大，与实际情况差别较大，应为实际表面圆周各节点只承受60~65%的载荷。比较好的处理办法是在连接件的表面单元的圆周节点上施加70%的载荷，在第二层单元的圆周节点上施加30%的载荷，但操作比较麻烦。

随着连接件1、2的内部结构和刚度不同，以及连接螺钉的个数和分布的不均匀性，连接件1、2表面的变形不一致，产生翘曲，使表面的节点有的接触，有的分离，而导致接触面的应力分布和应变分布不均匀，因此需用非线性的接触理论来讨论合件的应力问题。

若不考察螺栓头部与连接件1表面的变形，可用将螺栓与连接件1用一个公共面连接，作为由两种不同材料的构件组成一个整体。螺钉（双头螺栓）与连接件2也用这种方法处理。

图1是一个简单的螺钉连接实体模型。图2是用hypermesh 划分网格后的模型。

图1 实体模型 图2 网格模型

该模型由三个零件组成，连接件1（蓝色）、连接件2（橙色），螺钉（紫红）。 1. 建立实体模型

在PRO/E 中建立三个零件模型，见图3、4、5，并组合成合件（见图1）。

图3 连接件1 图4 连接件2 图5 螺钉

2．划分有限元网格

在Hypermesh中读入合件模型，见图6。

图6 合件实体图

（1） 点击永久菜单中的命令，出现模型浏览器（图7），

点选浏览器中的，关闭文件GG..prt（连接件1）和LS.prt

（螺钉）；点选，此时在图形窗口中只剩下JiTi.prt(连接件

2)，见图8。

首先对图8所示的模型进行修改，去掉沉孔中的突出部分：按

键盘上的快捷键F8，出现如图9所示的命令窗口。图8 JiTi模型

图9 命令窗口

点选，在图形窗口中图

形上点击连接件沉孔突出体底部的

两个节点，使灰色的节点变成白点， 在点击

，白点变成黄点， 见图10。

点选

，进入几何模型 主菜单，点选命令， 图10

进入面编辑命令窗口，见图11，点选 图7 模型浏览器

图11 面编辑命令窗口

窗口中的命令，并点击，调整到

，点击图10中的两个黄色节

点，将两黄色节点用绿色线段连接。见图12

按键盘上的快捷键F2，进入删除窗口，见图13，点击

图12中需要删除的突出部分的三个面，被选中的面呈白色，

见图14，点击命令，删除后的图形见图15。 图12

图13 删除窗口

图14 图15 图16 建立2D 模型，并命名为j2d ，网格尺寸，大半径半圆

周分布节点为10个，小半径半圆周分布节点为8个，端面直径分布5个节点，见图16。

建立螺钉与连接件2的公共面：进入2D主窗口，点击命令，见图17，建立文

件名Rm，点击，退出；进入几何模型窗口，见图18。点选

命令，进入面编辑窗口，见图11，点选和

图17 collectors窗口

图18 几何模型主菜单

，并在方框四周出现淡蓝色边框，点

击公共面周边的节点，使其呈白色节

点，见图19，点击命令，

建立酱红色的公共面，见图20。

建立连接件2的2维网格模型，

取名为g2d，沿半圆周分布10个节

点。见图21。图19 图20

将螺栓模型LS的螺杆延长16mm，首

先去掉螺杆端面，即按F2，进入删除窗口，

见图13，点击

，再点击螺杆端面，使其变成白色，点击命令

，见图22

向下拉长螺杆16mm，补足长度，

进入2D窗口，点击，见图23，点

选，图21 图22

选择，点选图22的螺杆端面的直线，使之呈白色，点击

图23 drag 对话框

图24 图25

下面的命令，出现图24、

25，并分别点击和，并填写0、-16（向下

拉伸16mm）。点击，返回到图23，点击，