螺栓连接地有限元分析报告
Abaqus螺栓有限元的分析报告
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中进展计算,如此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中进展计算之前,对原来的零件模型进展一些简化和修整.A.法兰局部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,得到牙型如如下图所示,在Abaqus中按照如下图所示创建出3D模型,如图11所示.同样的方式,我们建立螺母的3D模型nut,如图12所示.图11图12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14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15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13所示.同样,给螺母nut赋予截面属性.图13图14图15然后,我们对建立的3D模型进展装配,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命令对模型进展移动,最终的装配结果如图16所示.第四步,对模型进展网格划分.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展布种,布种结果如图17所示.在菜单Mesh->Control中进展如图18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19所示的设置.按下Mesh图标,对工件进展网格划分,最终的结果如图110所示.同样的方式对螺母模型nut进展网格划分,最终结果见图111所示.图17图18图19图110图111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112所示的外表为集合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113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,选择约束施加的外表为我们之前设定的Load_shang,施加的载荷的类型为Pressure,大小为372.835Mpa,具体设置如图114所示.图112图113图114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115所示,螺栓上的接触面主要是螺纹的下外表,按着Shift键依次将其选中.如图116所示,螺母上的接触面主要是螺纹的上外表,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,承受默认设置,最终设置如图117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118所示.图115图116图118最后,创建任务,承受默认设置,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119所示.为了观察更为方便,我们将云图剖开,如图120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外表,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展测量,结果如表1所示.图119图120表1。
螺栓连接实验报告体会
螺栓连接实验报告体会实验目的本次实验的目的是研究螺栓连接在不同工况下的力学性能，了解螺栓连接在实际工程中的应用情况。
通过实验结果，分析螺栓连接的可靠性和安全性，为工程设计和实际应用提供参考依据。
实验方法在实验过程中，我们首先准备了不同直径和不同材料的螺栓样品，采用力学实验仪器进行了拉伸和剪切试验。
实验过程中，我们控制加载速度，记录下直径、材料、加载力以及变形情况等数据。
实验结果经过实验，我们得到了一系列的数据，并对数据进行了处理和分析。
通过对实验数据的统计，我们发现不同直径的螺栓在拉伸和剪切试验中，其破坏强度和变形情况存在明显的差异。
同时，我们还发现不同材料的螺栓在相同工况下的力学性能也存在差异，部分材料的螺栓连接更加可靠和安全。
实验体会通过本次实验，我对螺栓连接的力学性能和使用方法有了更深入的理解。
螺栓连接是一种常用的连接方式，在工程设计和实际应用中广泛使用。
通过对不同直径和不同材料的螺栓进行拉伸和剪切试验，我们了解到不同工况下螺栓的破坏强度和变形情况。
同时我们还发现，螺栓连接的可靠性和安全性与螺栓的直径和材料有关。
直径较大的螺栓连接更加牢固，能够承受更大的加载力。
同时，材料的选择也对螺栓连接的可靠性起到重要作用。
不同材料的螺栓在相同工况下的破坏强度和变形情况存在明显差异，部分材料的螺栓连接更加可靠和安全。
在实验过程中，我们还发现螺栓连接的设计和安装也对其性能起到重要影响。
合理的设计和正确的安装方法能够提高螺栓连接的可靠性和安全性。
因此，在工程设计和实际应用中，我们应该根据具体情况选择合适的螺栓直径和材料，并正确设计和安装螺栓连接。
本次实验使我对螺栓连接有了更深入的理解，我认识到螺栓连接在实际工程中的重要性。
合理选择螺栓直径和材料、正确设计和安装螺栓连接，对于保证工程的可靠性和安全性具有重要意义。
同时，我们还应该不断探索和研究螺栓连接的其他性能和影响因素，为工程设计和实际应用提供更多参考和依据。
外伸式端板螺栓连接节点的有限元分析
ｍｉ ｌ ｌ
端板
１ ２
１ ２
× ｔ ” × ｔ ｆ ￣
ｈ ｂ ｘ ｔ × ｔ ｌ ｘ ６ ，
直径叱 厚度
上的节点连接形式称为端板螺栓 连接 ， 当端板伸 出梁 高范 围之外 时称为外伸式端板 螺栓 连接 ＿ ２ Ｊ 。端 板螺 栓连 接属 于抗 弯连 接的
外 伸 式 端 板 螺 栓 连 接 节 点 的 有 限 元 分 析★
李
摘
丰
高磊磊
４ ５ １ １ ９ １ ）
（ 河 南工程学院土木工程 系， 河南 郑州
要： 利 用有 限元 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对外伸式端板螺栓连 接节点受 力性能进 行 了分析 ， 从 改变端板 厚度和 螺栓 直径方 面进行 了节点 受力
Ｈ ３ ０ ０ ×１ ６ Ｏ ×８× １ ２ Ｈ３ ０ ０×２ ５ ０× ８ ×１ ２ ｌ ８
０ 引言
梁柱节点连接是 门式 刚架结 构 和多层 钢框 架结 构研 究设 计 组号 编号 中重要 内容之一 ， 节点连接 的可靠性 和有效性对 结构 整体性 能影 第 Ｂ ０Ｉ ｜ Ｔ ｌ Ｂ ＯＩ Ｉ ２ 响重大… 。在梁端焊上端板 ， 用高强螺栓将 端板再 连接于柱 翼缘
一
组 第
二
Ｂ ０Ｉ
２ ２ １ ８
Ｈ ３ ０ ０ ×ｌ ６ ｏ ×８× １ ２ Ｈ３ ｏ ｏ×２ ５ ０ ×８×１ ２ １ ８
１ ２ １ ２
１ ６
Ｅ ＥＰ ｌ
Ｅ ＥＰ ２
类， 在 门式刚架结构 和 多层轻 型钢框 架结 构 中 ， 该 连接 形式 在
第３ ９卷 第 １ ５期 ２ ０ １ ３ 年 ５ 月
Ｓ ＨＡＮ ＸＩ ＡＲＣＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ ＵＲＥ
有限元分析试验报告
有限元分析试验报告
一、试验目的
本次试验的目的是采用有限元分析方法对某零部件进行应力分析，为零部件的优化和设计提供参考。
二、试验原理
有限元分析是采用数学方法对工程结构进行分析，以预测其在外载作用下的变形和应力，从而确定结构的强度和刚度。
分析时将结构划分为有限数量的小单元，利用元件所具有的基本物理特性和相应的数学方程式，计算出每个单元或整个结构的位移、变形、应力等基本的力学量。
三、试验步骤
1.了解零部件的结构和使用环境，建立有限元模型。
2.导入有限元软件，对建立的有限元模型进行网格划分。
3.分配材料性质和加载条件。
4.运行分析，得出计算结果。
5.对计算结果进行分析和评估，对零部件的设计进行改进。
四、试验结果
通过有限元分析，我们得出了零部件在不同工况下的应力云图和变形云图，可以清晰地看到零部件的应力集中区域和变形程度。
同时，我们对零部件的设计进行了改进，使其在承受外力时具有更好的强度和刚度。
五、结论
通过这次试验，我们了解了有限元分析在工程设计中的应用，掌握了分析流程和技术方法。
在实际工程设计中，有限元分析是一种非常重要的工具，有助于提高设计质量和降低成本，值得工程师们广泛运用。
Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析
Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析郭宏超;皇垚华;李炎隆;刘云贺;简政【摘要】为了更好地发挥高强度钢材的承载性能,保证高强度钢材连接节点的性能和质量至关重要,本文对螺栓预拉力、连接板表面状态、钢材等级及连接板厚度等因素进行了参数分析,并与GB50017、ANSI、EC 3规范理论计算值进行了对比,讨论了不同规范的适用性.结果表明:螺栓预拉力对连接抗剪强度和变形没有影响;抗滑移系数从0.35增加到0.50,连接的变形值减小15.5％,承载力几乎没有提高;钢材屈服强度从345 MPa增加到690 MPa,承载力提高了1.58倍,而变形能力明显降低,延性变差;增加钢板厚度能显著提高连接承载能力,连接的破坏模式由钢板横向撕裂破坏发展为栓杆剪切破坏.%The performance and quality of high strength steel connection node are essential for the better application of the bearing capacity of high strength steel.In order to make a discussion of the application of different standards,the parameter analysis is made to bolt pretension force,the surface state of connecting plate,steel grade and thickness of connecting plate,compared with theoretical calculating value of standard GB500017,ANSI,EC3.The result shows that the bolt pretension force has no effect on shear strength and deformation;if the anti-slip factor increases from 0.35 to 0.50,the deformation value will decrease by15.5％,and the bearing capacity almost has no improvement.If the steel yield strength increases from 345 MPa to 690 MPa,the bearing capacity increases by 1.58 times,but the deformation capacity obviously decreases and the ductility weakens;the connection bearing capacity can beobviously improved by the increase of steel thickness,with the failure in connection caused by crosswise tear of steel plate caused by bolt shear.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2017(033)002【总页数】7页(P180-186)【关键词】高强度钢材;螺栓预拉力;摩擦系数;抗剪性能;折减系数【作者】郭宏超;皇垚华;李炎隆;刘云贺;简政【作者单位】西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;陕西省建筑科学研究院,陕西西安710082;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TU392与普通强度钢材相比,高强度钢材具有材质均匀、刚度大、塑性和韧性好、可靠性高等优点。
高强螺栓群不同厚度连接板的有限元分析
—一
图２ 有 限兀 模 型
板 的高强 螺栓 群 为研 究对 象 ，选 取 的Ｍ３ 高 强 螺栓 ０
排 列 为 ７ × 个 ，设 计 轴 力 为 ３ ５ Ｎ；连 接 板 为 个 ８ ５ｋ
２ 计 算 结果分 析
表２ 不 同板厚 在 ２ ０ ａ 载下 芯 板及 拼接 板 为 ０ ＭＰ 荷 的相对 位 移 的 比较 。由 表２ 可知 ，两 种板 厚 方式 计 算 的芯 板 和 连 接 盖 板 相 对 位 移 几 乎 一 致 。都 小 于
栓拼接 性 能进行 了研究 。总结 出了连 接板 厚度对 于 地震 中框架 结构 受 力 的影 响 ；王 斌华 ［ 利 用 大型 ６ １ 等 通用有 限元 软件ＡＮ Ｙ 。利 用约 束方 程法 对螺 栓群 ＳＳ 进 行 了 简化 计 算 ，提 出 了更 加 合 理 的螺 栓 布 置 方
调查 中四．不 难发 现 ，对 于大跨 度 钢 杵 桥 ，节 点破 坏是 其 主要 的破坏 形式之 一ｌ ３ ｌ 。 对 于高强 螺栓 的设计 计算 ，中国 的各 类 规范 都
西 西 比河上 的Ｉ ５ 一２ Ｗ钢 桁 桥 的倒 塌 等众 多 事 故 的
通 过 对 Ｉ ３ 桥 倒 塌 事 故 中 的有 限元 分 析 ，指 出连 一 ５ 接 板厚 度偏 小 、应 力储 备不 足是 引起事 故 的关键 因
素 ；李启 才 ［ ５ １ 连 接板 厚度 对 框 架 中钢 梁 高强 螺 等对
厚 度 的连 接 板 在拉 力荷 载 作 用 下 的板 件 相 对 位 移 、板 件 应 力等 进 行 了模 拟 ， 并 对 比分 析 了不 同厚 度 连 接 板 的 应 力 状 态。 结 果
高强度螺栓螺纹根部应力集中的有限元分析
因此， 不建议用增大螺栓螺距的方法来缓解螺纹 根部的应力集中。
%# 结论
（&） 在螺栓与螺母的联接组合中， 离支承面 越近， 螺栓螺纹根部的应力越大， 其最大应力出现 在螺栓与螺母啮合第一扣的螺栓螺纹根部， 因此 此处最容易发生断裂， 这与螺栓的实际断裂位置 是一致的， 说明本文建立的有限元接触分析模型 是正确的， 分析结果是可靠的。 （’ ） 对于标准 ($) 粗牙螺栓， 增大螺纹根部 圆角半径可以显著降低螺栓螺纹根部的应力， 从 而缓 解 应 力 集 中， 当 半 径 从 *" )+,, 增 大 到 &" *$,,时， 应力值降低超过 &!- ， 但是当半径增 大到一定程度后， 继续增大半径对螺纹根部应力 的影响较小。 （! ） 减小 ($) 螺栓的螺纹深度， 使得螺纹根 部圆角半径进一步增大， 可以进一步降低螺栓螺 纹根部的应力。而且在半径相同的情况下， 螺纹 深度越小， 螺纹根部的应力也越小。 （% ） 依靠增大螺距来降低 ($) 螺栓螺纹根部 的应力， 效果不明显。 参考文献：
) ) 普通三角形螺纹根部应力集中系数大， 使得 现在使用的高强度螺栓存在严重的安全隐患， 而 且也严重影响了螺栓向更高强度发展。某 /%0 高强度螺栓从螺栓与螺母啮合的第一扣处螺纹根 部发生断裂， 严重影响了结构的安全可靠性。因 此， 有必要研究 /%0 高强度螺栓螺纹根部的应力 集中情况， 寻求减少螺纹根部应力集中、 改善螺纹 处应力分布的途径， 从而确保 /%0 高强度螺栓的 安全使用。 减少螺栓螺纹根部应力集中、 改善应力分布一 般可以通过以下方法实现： 一是增大螺纹根部的圆 角半径； 二是增大螺栓螺纹根部直径 （ 即减小螺纹 深度） ； 三是改变螺栓与螺母联接的结构
Abaqus螺栓有限元分析(汇编)
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13所示。同样，给螺母nut赋予截面属性。
1.
1.1.
1.2.
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；
图112
图113
图114
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115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116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->TangentialBehavior，输入摩擦系数为0.14，选择Mechanical->NormalBehavior，接受默认设置，最终设置如图117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118所示。
SolidWorksSimulation有限元分析实例练习（16）：螺栓接头分析
SolidWorksSimulation有限元分析实例练习（16）：螺栓接头分析问题描述：一个杆件连接一块平板，该平板包含两个松配合螺栓，平板由两边支撑，吊环螺栓沿垂直方向和竖直方向受力为1100N。
计算零部件的最大应力和变形。
点击阅读原文下载模型练习1.打开零件。
2.我们新建一个静应力分析的算例，如下图所示。
3.设置材料。
我们需要为模型指定模型的材料属性。
点击选中模型，鼠标右键选择“应用/编辑材料”。
设置零部件的材料为AISI 1020，如下图所示。
4.定义螺栓接头。
选择“连接”鼠标右键选择“螺栓”，如下图所示。
螺栓类型选择“标准”，依次选择下面的两个边线定义螺钉和螺母。
勾选“相同的螺钉和螺母直径”。
设置螺钉和螺母的直径为24mm，螺栓柄直径为12mm。
螺栓材料使用“合金钢”。
在预载选项中，选择扭矩并设置扭矩为160N.m，摩擦系数为0.2。
5.定义接触条件。
为了正确建立螺栓连接的模型，需要在两个零部件之间定义接触条件。
点击连接鼠标右键选择“相触面组”。
在下面的两个面之间定义一个“无穿透”，“节到曲面”的相触面组。
6.添加外部载荷。
模型约束好之后，我们需要向模型施加远程载荷。
选择外部载荷，鼠标右键选择“远程载荷/质量”，如下图所示。
选择下面的两个面定义远程载荷/质量的面，指定力的位置（0，0，51），力的大小为（1100，0，1100）。
7.添加夹具。
为了完成静态分析，我们在平板上添加固定几何体约束。
点击夹具鼠标右键选择“固定几何体”。
在平板的左右两侧添加固定几何体约束，如下图所示。
8.划分网格。
按照如下图所示进行设置。
10.运行分析。
选择“静应力分析1”鼠标右键选择“属性”，弹出如下图所示的窗口，设置解算器为“Direct sparse解算器”。
我们可以看到最大von Mises应力值为525MPa，小于材料屈服极限352MPa。
我们可以看到最大位移为8.73mm。
11.查看螺栓力。
选择“结果”鼠标右键选择“列举合力”，如下图所示。
5_UG有限元螺栓连接分析实例_沈春根
蛛网连接； CBAR 或 CBEAM 单元
1D单元； RBE2 或 RBE3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单元
0.2 基础- 定义螺栓特征和尺寸
A 螺栓头的直径，使用孔的边或孔的中心点来定义螺栓头的位置； B 螺栓的总长度，包括螺栓头。如果在螺纹孔中创建螺栓，则必须指定螺栓长度。 C 螺栓螺母的直径，使用孔的边或孔的中心点来定义螺栓头的位置。 D 螺栓轴直径，可通过1D 单元关联的梁横截面来控制直径。 E 螺栓的有效螺纹长度。对于螺纹孔中的螺栓，必须指定有效螺纹长度。
0.3 基础- 螺栓螺母连接FEM模型
头部孔端面 单元节点
1D单元
螺母孔端面 单元节点
0.4 基础- 螺纹连接FEM模型
头部孔端面 单元节点
1D单元
和螺纹连接 对应单元节 点
1.1螺栓螺母连接实例-指定螺栓头部及其尺寸
1.2螺栓螺母连接实例-指定螺母及其尺寸
1.3螺栓螺母连接实例-其他参数默认并确定
定义1D 属性
1.4螺栓螺母连接实例- 定义1D属性
截面尺 寸 材料，也 可自定义 材料
1.5螺栓螺母连接实例- 查看导航器窗口数据 结构及其对应关系
1.6螺栓螺母连接实例- 解算结果（垂直方向变形）
底板之间不施加 面面接触约束
底板之间施加面 面接触约束
1.7螺栓螺母连接实例-螺栓轴和接触面结果
UG有限元教学和培训 – 系列专题5
UG NX 有限元
螺栓连接分析实例
江苏大学 沈春根 2011年2月 第1版 2017年3月 第2版 UG NX8.5版本以上
目录
螺栓连接有限元基础
螺栓螺母连接实例；
螺栓螺钉连接实例； 带预紧力螺栓螺钉连接实例；
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。
顶底角钢螺栓节点有限元分析
—
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２ ０ ． ０ ６Ｎｏ４
结构 设计 与研 究 应 用
１５ ０
硕庆 偏铜 镖栓 点布
张 开超 ， 温
（． １ 淮北矿业集团杨庄煤矿 ， 安徽
摘
分衍
合肥 ２０ ０ ３ ０ ９）
柔
淮北
２ ５ ２ ；． ３ ０ ５ ２合肥工业大学土木建筑工程学院 ， 安徽
ＦｉｉｅＥｌｍ ｅ ｔＡｎ ｌ ｓ ｆＴｏ － ｅ ｔ Ａｎ ｌ ｌ ｄ Ｓ ｅ ｌ ｎ ｅ ｔｏ ｓ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｙ ｉ ｏ ｐ Ｓ ａ － ｓ ｇｅＢｏｔ ｔｅ ｅ Ｃｏ ｎ ｃｉ ｎ
Ｚ邺 ｈ Ｋａｃ ａ ‘Ｗ ｅ ｏ ｉｈ ｏ ， ｎ Ｒ ｕ
（Ｙ ｎｚ ｕｎ ｏｌ ｎ ｊｉ ｉ ｏｌｎ ｕｔ ｒｕ ， ａ ｅ ２ ５ ２ ， ｈ ａ １ ａ ｇｈ ａｇ ａＭｉ ｏｌ Ｒ ｅ ａＩｄ ｓ ｙ ｏｐ Ｈｕｉ ｉ ３０ ５ Ｃ ｉ ； ． Ｃ ｅ ｆ￣ ｈ Ｃ ｒＧ ｂ ｎ
ｅ ｅｍｎａ ｒｅａｍ ｅａ ａｅｏ ｘ ｒ ｅｔ ｄ ｒ ｓｔ ｉ ｖ ｕ ｌｏ ￣ ｐ ｉ ｎ ａｉ ｖ ｎ ｌ ｂ ｎ
Hale Waihona Puke ． ・ Ｋ ｙ ｒ ｂｓｍ－ｉｄ ｔ －ｏｔ ｎｌｓｅ；ｎｅ ｌ ｅ ｝ 鲫 ｅ卜０ ｔｎ Ｕ ｅ ｅ ￣ ： ｉｒｉ； ｐｓ － ｇ ｅｌｆ ｉ ｅ ￣＇ ｗ ｅ ｇ ｏ ａ ａ ｅ ｔ ｉ ｔｅ ｍ ｎ ｒａ０ ｌ ｔｉ ＣＷ
要： 对顶底角钢粱柱 半尉性 连接 进行了精细的三维有 限元分析 。 出了此类连接节点在单 向荷载作 用下的应 力发展状况 、 力分 布以及 得 应
破坏形式 。 同时对有限元分析 结果与试验结果做 出了比较 。 得到 了一些有价值的结论。 关键词 ： 半尉性 ； 顶底角钢 ； 有限 元； 矩 一 弯 转角 曲线 中圈分类号 ： Ｕ １ １ Ｔ ３ 文献标识 码： Ｂ 文章编号 ：０ ７ ７ ５ （０ ６０ — １ ５ ０ １ ｏ — ３ ９２ ｏ ）４ ０ ０ — ２
Abaqus螺栓有限元分析报告
图16
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17所示。在菜单Mesh->Control中进行如图18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19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110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111所示。
图119
图120
表1
标号
A
B
C
应力(MPa)
319.477
1029.56
1103.2
1.
1.1.
1.2.
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.
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11所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如图12所示。
图11
图12
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14所示。
基于ABAQUS螺栓接头的接触有限元分析
法兰 密封是 由法 兰 和 垫 片组 成 的一 种 静 密封 结构形 式 。螺栓 法 兰 接 头广 泛 应 用 于 石 油 化工 设
础 ， 用平 均垫 片应 力为计 算标 准 。然而 在预 紧和 采 载荷 工 况下 ， 片应 力 沿 着 表 面 是变 化 的 ， 用 平 垫 采 均 垫片 应力 评估 接头 的行 为将产 生 问题 。因此 ， 有
Ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｌ ｇＰ ｒｏ ｍａ ｃ ｆ ｌｎ ｅＣｏ ｐ ｉ ｇＢ ｓｄ ｏ Ａ ｎ ｌｓ ｆ ａｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｏ ａ ｇ ｕ ｌ ａ ｅ ｎ ＡＢ ＱＵＳ ｓ Ｓ ｎ Ｆ ｎ
Ｚ ＨＯＵ ｈ— ｎ Ｚ ｉ ｇ，Ｆ ｉ ｒ ＥＮＧ ｉｎ ｆｎ Ｊａ —ｅ ，ＧＵ ｕ — ｉｏ Ｃｈ ｎ ｘａ
周 芝庭 ，冯建 芬 ，谷 春 笑
（ 南 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 苏 南 京 东 江 ２０９ ） １ ０ ６
摘
要 ： 栓 接 头 是 一 种 广 泛 应 用 的 管 道 连 接 方式 。工 程实 践 证 明 ， 兰 强 度 的破 坏 极 为罕 见 ， 泄 漏 则 是 连 接 螺 法 而
（ｏｔｅ ｔ ｎ ｅ ｉ ， ａ ｉ １０６ Ｃ ｉ ） Ｓｕ ａ ｉ ｒｔ Ｎ ｍｎ ２０９ ， ｈ ａ ｈ ｓＵ ｖ ｓｙ ｇ ｎ
Ａ ｓ ａｔ Ｆａ ｇ ｏｐｉｇｉ ａ ｉｄｏ ｄｌ ｕｅ ｕ ｌ ｇｍｅｈｄ ｎｔｅｐａｔ ａ ｅｇ ｅｒ ｇｐｏｅｔ ｔｓｐｏ ｅ ｂｔ ｃ： ｌ ｅ ｕ ｌ ｎ ｆ ｅ ｓｄｃ ｐｉ ｔｏ ．Ｉ ｈ ｒｃｉ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ｒｊ ，ｉｉ ｒｖｄ ｒ ｎ ｃ ｎ ｓ ｋ ｗｉ ｙ ｏ ｎ ｃ ｎ ｎ ｃ
失效的主要形式 ， 因此 法 兰 的密 封 性 能成 为研 究 的重 点 。采 用 接 触 有 限元 方 法 ， 算 了螺 栓 、 兰 和 垫 片 三 者 之 计 法
基于有限元分析的螺栓建模方法研究
0 引 言螺栓联接常用于连接两个或两个以上的部件，具有价格低、成本小、传递载荷大等优点，被广泛地应用在工程机械中，是最常用的连接方式之一[1-3]。
螺栓结构校核考虑因素较多，需要从几何结构和载荷校核等多方面进行分析。
通常情况下，螺栓一旦出现接触面滑移或者间隙情况，即认为螺栓失效，这种情况下需要进行螺栓有限元分析（FEA ）[4-6]。
模型是FEA 的前提，准确地建立螺栓模型的成为螺栓可靠性校核的关键。
鉴于分析目的的不同，螺栓模型的选取也不同，本文中给出了螺栓连接5种建模方式并进行了讨论。
1 螺栓结构分析1.1 螺栓刚度如图1所示，在拧紧过程中，螺栓会受到沿轴向的拉伸力，使螺栓伸长。
根据胡克定律，螺栓的伸长量可由施加在螺栓上的预紧力除以“弹簧刚度”确定，“弹簧刚度”与螺栓材料的弹性模量、横截面积和长度相关，螺栓的“弹簧刚度”通常被称为螺栓刚度（K ），螺栓刚度由下式计算：KK =FF ∆xx = AALLE (1)其中：F 为螺栓内残余预紧力，A 为螺栓横截面积，L 为螺栓拉伸长度，E 为杨氏模量。
计算螺栓刚度K ，需要确定螺栓尺寸和联接组件厚度。
联接组件厚度包括螺栓杆长度（L 1），未啮合长度（L Gew ），过渡或者缩小直径段长度（L 2），见图2。
由于这三段直径并不相等，所以需要把它们考虑成一组串联弹簧来计算总体刚度，即：1KK =1KK 1+1KK 2+1KKKK 1=EE ×AA 1LL 1, KK 2=EE ×AA 2LL 2, KK =EE ×AA LLGG ee wwGG ee ww GG ee wwGG ee ww (2)1.2 连接组件刚度被夹紧的几个联接组件，可能材料并不相同，所以各基于有限元分析的螺栓建模方法研究Researches on Bolt Modeling Method by FEA宋士超 宗 波（徐州徐工挖掘机械有限公司， 江苏 徐州 221004）摘要：螺栓结构是最常见的连接方式，通常采用有限元分析方法对其校核。
螺栓连接中预紧力的有限元分析
螺栓连接中预紧力的有限元分析摘要：利用有限元分析软件ANSYS建立了螺栓连接的有限元模型，采用了预紧力单元法和温度收缩法模拟预紧力两种方法，分析了不同载荷条件下螺栓结构的轴向变形图和轴向应力图，并将有限元分析结果与理论分析进行对比，以验证建立的有限元模型的有效性，为分析复杂结构中螺栓连接结构的简化提供了理论依据。
关键词：螺栓连接结构；预紧力单元法；有限元分析；温度收缩法0引言为了便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率等，各种连接得以广泛地使用<sup>[1]</sup>。
其中，螺栓连接是最为常见的一种连接方式，其在装配时都需要施加一定的预紧力，目的是增强连接的刚度、紧密性和放松能力，防止受载后被连接件之间出现缝隙或滑移。
合适的预紧力对结构的疲劳强度是有利的，但是过大的预紧力会使连接结构失效。
因此，螺栓连接中控制预紧力十分重要。
螺栓连接结构中有限元分析中，螺栓连接预紧力的模拟对结构的应力和形变有一定的影响，特别是一些对螺纹连接紧密性要求较高的结构，如汽缸盖、轴承盖、齿轮箱等。
本文研究了螺栓结构中的预紧力，应用ANSYS软件螺栓结构建立了全尺寸三维有限元接触模型，并利用预紧力单元法和温度收缩法模拟预紧力两种方法，为复杂结构中的螺栓结构简化提供了理论依据。
1有限元法简介有限元分析的基本思想是用较简单的问题代替较复杂的问题。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。
<sup>[2]</sup>主要分为前处理、求解和后处理3个阶段。
前处理模块主要用于建立有限元模型和网格划分，后处理模块用于采集处理分析结果，并将计算结果以图形、图表、曲线形式显示或输出。
有限元求解可分为6个步骤<sup>[2]</sup>：①问题及解域定义：根据实际问题确定求解域；②求解域离散化：将求解域近似为离散域，即为有限元网格划分；③确定状态变量及控制方法：将包含边界条件的微分方程化为等价的泛函形式；④单元推导：选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，形成单元矩阵；⑤总装求解：将单元总装成离散域的总矩阵方程；⑥联立方程组和结果求解：采用直接法、迭代法和随机法求解联立方程组。
干涉螺栓连接有限元分析
0045-7949(94)00447-l
& Srrmrurrs Vol. 55. No. 2, pp. X7-363. 1995 CopyrIght 3; 1995 Elsev~er Saence Ltd Printed in Great Bntam All rights reserved 0045-794919s $9.50 + 0.00
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N. Sundarraj et al straight will bend due to bearing pressure between the bolt shank and the plates. This configuration of the bolted joint is to be analysed for stresses under the combined effect of the clamp-up load P and the pin-bearing load F. The crucial aspects of the present analysis are: (i) Since the plates are assumed to be large, the clamp-up load P and its effect on the joint (in the absence of pin-bearing load F) will be axisymmetric. The plates will be in contact only over a circular region of radius c, and will lose contact over the remaining region. This contact region is unlikely to be significantly affected by the pin-bearing load F. So while considering the combined effect of P and F, it is assumed that the contact region remains circular. (ii) The analysis will be carried out over an axisymmetric part of the joint whose outer radius is 4-6 times larger than the radius c of the expected annular contact region between the plates. (iii) The bolt is considered to be an interference fit, so that the contact is maintained all along the boltplate interface. If the contact is lost over a partial region, the axisymmetry of the problem will be lost. So, the current analysis would be applicable only for loads which maintain full contact along the boltplate interface (i.e. up to initiation of separation). Since the plates are assumed to be large, the details of load transfer at bolt-plate interface would not be affected by any statically equivalent loading at the outer axisymmetric boundary. Solution to the problem of point-loaded infinite plate is available in literature [13]. The normal and shear stresses from this solution are introduced as the load applied on the outer boundary. Such a loading is non-axisymmetric and will be dealt with by a harmonic analysis. Smooth (zero friction) surface conditions are assumed so that the axisymmetric field is not disturbed. This implies that the load transfer is primarily along the load-bearing surfaces between the bolt and the holes. Joints where the effect of friction is significant would need a 3-D analysis.
带预紧力的螺栓连接有限元分析
（a）预紧力 0N 时法兰 1、法兰 2 变形图 （b）预紧力 2000N 时法兰 1、法兰 2 变形图
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现代制造技术与装备
2019 第 10 期 总第 275 期
HUANG Haihe, WANG Anning （Jinan Heavy Industry Group Co., Ltd., Jinan 250109） Abstract: When the machine is assembled by bolting, the bolts need to be tightened in most cases, so that the connection is pre-stressed before being subjected to the working load. The
3 结语
通过本文分析可知，随着螺栓预紧力增加，法兰变形
量增大，但螺栓预紧力过大、法兰直径过小时，螺栓预紧
力会加大法兰的变形量；随着螺栓预紧力增加，螺栓变形
量减小，但螺栓预紧力过大时，螺栓变形量会加大，甚至
发生塑性变形。
参考文献
[1] 濮良贵，陈国定，吴立言，等 . 机械设计 [M].8 版 . 北京：高等 教育出版社，2006.
关键词：螺栓 预紧力 载荷
1 紧螺栓连接力学分析
螺栓在安装时需要拧紧，即预紧。预紧使得螺栓被拉伸、
被连接件被压缩，螺栓承受拉力和被连接件承受的压力 F0 即为预紧力，又被称为预紧载荷，如图 1 所示。当连接承 受工作载荷 Fe 后，螺栓被进一步拉伸、被连接件被放松， 螺栓承受的拉力有 F0 增加到 F，而被连接件的压力减小为 残余预紧力 Fr。根据机械设计理论，力 F 和 Fr 的大小如式（1）、 式（2）所示。
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1 概述
螺栓是机载设备设计中常用的联接件之一。
其具有结构简单,拆装方便,调整容易等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车以及各种工程结构之中。
在航空机载环境下，由于振动冲击的影响，设备往往产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。
螺栓是否满足强度要求，关系到机载设备的稳定性和安全性。
传统力学的解析方法对螺栓进行强度校核，主要是运用力的分解和平移原理，解力学平衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化。
没有考虑到连接部件整体性、力的传递途径、部件的局部细节(如应力集中、应力分布)等等。
通过有限元法，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学解析的缺陷。
用有限元分析软件MSC.Patran/MSC.Nastran提供的特殊单元来模拟螺栓连接，过程更方便，计算更精确，结果更可靠。
因此，有限元在螺栓强度校核中的应用越来越广泛。
2 有限元模型的建立
对于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点约束单元法和梁元法等。
多点约束单元法(MPC)即采用特殊单元RBE2来模拟螺栓连接。
在螺栓连接处，设置其中一节点为从节点(Dependent)，另外一个节点为主节点(Independent)。
主从节点之间位移约束关系使得从节点跟随主节点位移变化。
比例因子选为1,使从节点和主节点位移变化协调一致，从而模拟实际工作状态下，螺栓对法兰的连接紧固作用。
梁元法模拟即采用两节点梁单元Beam，其能承受拉伸、剪切、扭转。
通过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致。
本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。
2.1 几何模型
如图1所示组合装配体，底部约束。
两圆筒连接法兰通过8颗螺栓固定。
端面受联合载荷作用。
图1 三维几何模型
2.2 单元及网格
抽取圆筒壁中性面建模，采用四节点壳元(shell)，设置壳元厚度等于实际壁厚。
法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其它可以相对稀疏。
在法兰上下两节点之间建立多点约束单元(RBE2，算例1,图3)或梁元(Beam, 算例2,图4)来模拟该位置处的螺栓连接。
图3 算例1(多点约束单元法)连接网格
图4 算例2(梁元法)连接网格
在圆筒端面中心建立不属于结构模型的参考节点，通过加权平均约束单元RBE3，建立端面节点与参考点的主从约束关系。
外加载荷施加在参考点上，然后被均匀分配到端面节点。
这里，对于多个面的网格划分，应当注意在各几何连接面法矢量的一致性。
这样划分网格时，才能保证shell单元法矢量的一致性。
图2显示了各面的法矢量方向是一致的。
图2 面法向量方向图
对于复杂曲面模型，还应当注意连接面接缝处网格协调;网格划分结束，必须用Equivalence合并相同节点。
图5 整体模型有限元网格
2.3材料属性、边界约束及载荷
计算中所使用的材料参数如下：
圆筒：E=70 GPa，μ=0.3
螺栓：E=184GPa，μ=0.3
底部法兰在8处螺栓处约束，在独立节点处施加联合载荷。
3 有限元结果
3.1 应力云图
从图6、图7看出，两种模拟方法，结构整体应力分布相当。
图6 算例1(多点约束单元法)应力云图
图7 算例2(梁元法)应力云图
3.2 螺栓强度核算
在两算例中，可以在F06结果文件中得到螺栓对应的节点编号和节点载荷。
从结果文件可以看出，模拟螺栓的两对应节点载荷大小相等、方向相反。
所以，只需取其中一个节点分析即可。
下表1、表2以8个上法兰节点为例，各节点载荷分量即为单个螺栓所受的载荷，载荷单位N。
表1 算例1(多点约束单元法)螺栓连接处节点载荷
表2 算例2(梁元法)螺栓连接处节点载荷
由表可以看出，Fy为连接螺栓的轴向载荷，正值表示螺栓受拉，负值表示螺栓受压缩载荷。
而实际工作状况下，连接螺栓是不会受压。
表中负值的出现，是由构成单元的两节点之间位移约束特性所决定，这里应当舍负取正。
表1、2中各对应节点Fy值近似相等，Fx和Fz值有所差异。
为了计算方便，以表1(算例1多点约束单元法)为例，分别选取螺栓最大拉伸载荷和螺栓最大剪切载荷计算其相关强度，计算结果偏保守。
螺栓材料1Cr18Ni9Ti，M6
螺栓拉伸载荷：Fy=4194 N
螺栓剪切载荷：
螺栓拉伸：
螺栓剪切：
根据第4强度理论：
螺栓剩余强度系数：
说明螺栓强度满足要求。
4 分析与结论
由上分析可知，在有限元分析时，多点约束单元法和梁元法均可以对装配体中的螺栓进行模拟。
细节处的节点载荷有差异，但不影响整体结果正确性。
两种方法求得的相应节点载荷可用第四强度理论对螺栓进行校核。
相对来说，多点约束单元模拟事先不需要知道螺栓直径大小，只关心螺栓连接位置，操作上要方便;梁元法则需要设置许多相关几何参数，如直径，向量等，在几何外形上与螺栓更为相象，但操作上要复杂一些。
对于机载设备装配体中螺栓连接，均可以做上述近似处理。
具体采用何种模拟方法，由分析人员根据实际情况而定。