FemapV10装配件螺栓连接的模拟分析
6.0-CP_轮毂主轴螺栓连接分析__风电_ANSYS_FEA
考察的结果: 考察的结果:
轮毂与主轴之间的接触状 态(接触压力). 校核螺栓的可靠性(强度)
2008 风电机组结构有限元分析培训
螺栓连接分析概述
分析的总体思路
前处理: 前处理: 由于模型一般由CAD导入,且一般几何比较复杂, 因此模型处理,网格划分在Workbench中进行. 接触定义在Workbench和ANSYS中进行. 加载求解 加载求解在ANSYS中进行. 后处理 后处理在ANSYS中进行.
2. 螺帽 主轴之间的接触 螺帽-主轴之间的接触
以上两接触在Workbench中定义 中定义 以上两接触在
2008 风电机组结构有限元分析培训
加载, 加载,求解
—— 加载 1. 螺栓预紧载荷. 螺栓预紧载荷. 2. 轮毂中心施加集中载荷,由MPC传到叶根位置.载荷 轮毂中心施加集中载荷, 传到叶根位置. 传到叶根位置 由载荷计算软件得到. 由载荷计算软件得到. 3. 主轴承外圈中心约束(根据轴承特性约束). 主轴承外圈中心约束(根据轴承特性约束). 4. 主轴端部固定约束. 主轴端部固定约束.
2008 风电机组结构有限元分析培训
前处理
—— 网格划分
螺帽,垫圈网格采用六面体, 螺帽,垫圈网格采用六面体,实际计算中考查螺 杆应力,网格需要加密. 杆应力,网格需要加密.
2008 风电机组结构有限元分析培训
前处理
—— 接触定义
模型中需要定义接触和MPC 模型中需要定义接触和
1. 主轴 轮毂之间接触 主轴-轮毂之间接触
2008 风电机组结构有限元分析培训
前处理
—— 网格划分
在本算例中考虑到计算量,网格较粗, 在本算例中考虑到计算量,网格较粗,实际分析 中需要进行数值试验以确定合适的网格尺寸. 中需要进行数值试验以确定合适的网格尺寸. 接触面细化网格
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）。
摩擦型多排高强度螺栓连接分析
摩 擦 型 多排 高 强 度 螺栓 连接 分 析
徐 海鹰
（ 中铁 大桥局集团有限公 司， 武汉 ４ ０３ ） ３０４
摘要 ： 究 目的 ： 了明确摩擦 型多排高强度螺栓连接传力性能 、 研 为 接头折减系数和极限状态 ， 通过模 型试验 、 接
触单元有 限元计算 和理论分析进行相关 的研究 。
ｍａ ｉ ｈ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｃ ｌ ｕ ａｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌａ ｌ ｓｓ ｆｒ ｃ ｎ ａ ｔｅ ｅ ｎ ． ｋｎｇ ｔ ｅ ｆ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ａｃ ｌｔｏ ｎ ｈ ｏ ｅｉ ａ ｎａｙ ｉ ｏ ｏ ｔｃ ｌｍｅ ｔ ｉ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｃ ｎ ｌ ｓｏ ｓ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔ ｎ ｆｒ ｆ ｒ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ｏ ｈ ｒ ｔ ｎ — ｔｐ ｄ ｓ ａ ｃ ｏ ｃｕ ｉ ｎ ： ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｓｅ ｏ ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｆ ｔ ｅ ｆ ｃ ｉ ｓ ｏ ａ ｉ ｃ ｉ ｏ ｙｅ ｍｕ ｔ ｌ ｌ ｐ ｅ—ｒ ｗ ｂ ｌ ｄ ｐ ｎ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔｒ ａ ｏ ｄ， ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｒ ｓ ｉ ｏ ｏｔ ｅ ｅ ｄ ｄ ｏ ｈ ｘ ｅｎ ｌ ｌ ａ ｈ ｏ ｔ ｃ ｕ ａ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｎ ｈ ｑ ｉａ ｅ ｔ ｃ ｏ ｓ— ｓ ｃ ｉｎ ｆ ｉ ｅｔ ｏ ｓ ｆ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｓｉ ｐ ｇ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒ ｌｔ ｔｔ ｅ ｆｏ ｔａ ｄ ｅ ｄ ｒ ＷＳｂ ｌ ｎ ｈ ｏ ｔ ｃ ｕ ａ ｅ ｏ ｈ ｐ ｉ ｅ ，ｔｅ ｔ ｆ ｓ ． ｈ ｌ ａ ｅ ｂ ｔ ｅ ｈ ｏ ｅ ｐ ａｅ ａ ｈ ｒ ｎ ｎ ｎ Ｏ ｏ ｔ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｓ ｒ ｃ ｆｔ ｅ ｓ ｌ ｒ ｈ ｉｎ ｐ ｓ ｆ ｃ ｄ ｓｇ ａ ａｕ ｅｗ ｅ ｈ ｏｔ ａ ｄ ｋ ｙ ｏｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｌａ ｅ ｔ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｆ ｔ ｅ ｓ ｅ ｒ— ｌ ａ ｅ ｏｅ ｗａｌ ｗｅ ｅ ｅ ｉ ｎ ｇ ｐ ｖ ｌ ｅ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｂ ｌ ｎ ｅ ｈ ｌ ｎ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｎ ａ ａ ｉ ｏ ｈ ｈ ａ — ｏ ｄ ｄ ｈ ｌ ｌ ｉ ｙ ｒ
FESTO阀导—10型CPV阀岛,紧凑型
2.1
CPV Direct 是一个可将 CPV 阀岛与 各种现场总线标准（如 Profibus、 Interbus、 DeviceNet 和 CANopen等）紧密连接的系统。 现场总线节点可直接与CPV 阀岛 上的电接口集成，从而节省了安 装空间。
由于可选择 CP 分支是否需要进 行扩展，因此可使用 CP 安装系 统中的功能和元件。 CPV 阀岛带四个或八个阀（最多 16 个电磁线圈），可替换带 8 点 数字输出的输出模块。
阀功能 代码 回路图 M F
2.1
J
规格
说明
10 14 18
两位五通阀，单电控
F型阀片有一个改进的先导控制系统，可获得更短的开关时间。 阀片 F：
仅适用于规格为 10 mm的阀 气复位
两位五通阀，双电控
C
2个两位三通阀，单电控
常闭
气复位
N
2个两位三通阀，单电控
常开
气复位
在开启的最初状态，可用这些阀来实现中压式三位五通阀的功能
带AS-i的阀岛可按以下形式配 置：
不带电输入，带两个或四个阀 （最多 4 个电磁线圈） 不带电输入，带两个或四个阀 （最多 4 个电磁线圈）和附加 电源 带四个或八个电输入点和四 个或八个阀（最多8 个电磁线 圈）
带四个或八个电输入点和四个 或八个阀（最多8 个电磁线 圈），以及附加电源 带四个或八个电输入点和四 个或八个阀（最多 6 个电磁线 圈），以及用于 A/B 操作（符 合 SPEC. 2.1）的附加电源
另一个特点是提供多种电连接技 术。无论是单个阀的接口还是带 多种扩展可能性的总线系统，都 可对各种类型的阀进行驱动。 电输入和输出模块的集成能为各 种安装理念提供性价比高的解决 方案。此外，还提供一个基于PC 的配置软件，有助于选取合适的 CPV 阀岛。这使得您更容易找到 正确的产品。
基于Femap软件的下水牵引梁结构强度分析
进行有限元建模以满足计算要求。
60 （考虑 3°倾角）
250
500 （均布载荷）
下水牵引梁整体强度分析
本次计算根据 DNV-OS-C102 《STRUCTURAL
DESIGN OF OFFSHORE SHIPS》（以下简称规范 1）、
DNV-OS-H205 《Lifting Operations》（以下简称规范
缘约 36.5 m，拖移到 15 万 t 浮船坞终点时距离浮船
坞抬升甲板首部距离约 28.9 m，整体拖移长度约
250.1 m。
滑道对称布置在距离船体中心线 6 250 mm 位
置，滑道宽度 1.8 m，有效宽度 1 430 mm，滑道横
剖面示意图如图 1 所示。该项目拖移使用箱型梁
左右舷共计 40 节，其中从艉向艏方向数第 1 节为
to establish the finite element model of the launching traction beam and analyzes the strength. It calculates the stress
and deformation of the launching traction beam during the process of ship launching towing and checks the strength of
315 MPa。钢材杨氏模量取 2.05×105 N/mm2，钢材
密度取 7.85×10-6 kg/mm3，泊松比取 0.3。
2.2
滑道横剖面示意图
牵引梁
水牵引梁部分和箱型梁间连接部分由普通钢
普通箱型梁
下水横梁
模拟螺栓原理 -回复
模拟螺栓原理-回复什么是螺栓原理？螺栓原理是指利用螺纹连接机构来实现连接和固定的原理。
螺栓主要由两部分组成，一部分是柄部，另一部分是螺纹，通过将螺栓插入两个被连接的部件中，并用螺母拧紧，可达到固定两个部件的效果。
螺栓广泛应用于机械制造、建筑工程、汽车工业等领域，其优点在于能够承受更大的剪切力和拉力，且方便拆卸。
下面我们将逐步介绍螺栓的原理及其应用。
第一步：了解螺纹的基本知识首先，我们需要了解螺纹的基本知识。
螺纹是由球面用平行线围绕轴线旋转一周所得的曲线。
根据其形状的不同，螺纹可分为直纹和斜纹。
直纹是指螺纹的线的轴线平行于螺杆的轴线，斜纹则是指螺纹的线的轴线与螺杆的轴线斜交。
螺纹还分为内螺纹和外螺纹。
内螺纹是嵌入在物体内部的螺纹，外螺纹则是固定在物体表面上的螺纹。
内螺纹通常用来承载外螺纹的螺栓。
螺纹的主要参数有螺距、螺纹峰值、螺纹圈数等。
螺距是螺纹的两个相邻螺纹峰之间的距离，即沿轴线前进一个圈所围成的距离。
螺纹峰值是指距离轴线最远的螺纹点与轴线的距离。
第二步：螺栓的结构和分类螺栓由柄部和螺纹部分组成。
柄部是为了方便拧紧螺母而设计的，通常采用圆柱形，并带有一定的头部和抓手以便于操作。
螺纹部分用来与螺母进行连接，通常采用外螺纹结构。
螺栓可以根据头部形状的不同进行分类，常见的螺栓头部形状有六角头、螺帽头、内六角头、圆头等。
这些不同头部的螺栓适用于不同的应用场景，可以根据具体需求进行选择。
根据连接方式的不同，螺栓可以分为膨胀螺栓、普通螺栓和螺栓带等。
膨胀螺栓适用于连接基础材料较薄的场景，能够提供更好的固定效果。
普通螺栓适用于连接两个基础材料较厚的场景。
螺栓带是将螺栓包裹在塑料带中，以增加摩擦力，防止松动或蠕移。
第三步：螺栓的装配与拧紧螺栓的装配与拧紧是螺栓原理的核心步骤。
首先，需要将螺栓插入其中一个被连接的部件的孔中，直到螺栓的柄部与部件表面平齐。
然后，将另一个被连接的部件对准螺纹部分，沿轴线方向将其推入螺栓，直至两个部件之间没有间隙。
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 备 、动力装置以及其它设备中的管道连接 。工程实 践证明 ,法兰强度的破坏极为罕见 ,而泄漏则是连 接失效的主要形式 。所以法兰的密封性能也成为 研究的重点 。
根据长期的使用经验 ,大多数规范中都制订了 法兰接头的标准计算方法 。但是由于法兰接头几 何形状和载荷的复杂性及垫片行为的非线性 ,规范 无法提供有关垫片的详细行为信息 。如美国锅炉 及压力容器规范 (ASM E 规范) 仅以弹性理论为基
计算结果表明 , 随着载荷工况的变化 , 密封带 的宽度会发生变化 。当管道内施加内压后 ,相当于 对法兰产生了一个沿轴向的拉力 ,减小了螺栓预紧
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图 5 随直径变化的接触压强分布曲线 Fig. 5 Contact pressure prof ile
图 6 接触压强沿直径方向变化规律 Fig. 6 Variation pattern of contact pressure
图 4 随载荷工况变化的接触压强分布图 Fig. 4 Pressure prof ile under condition of variable load
分析分为 4 个载荷步完成 ,各载荷步工况见表 2。
表 2 载荷工况 Table 2 Load condition
载荷步
STEP 1 SEEP 2 SEEP 3 SEEP 4
工况
施加螺栓预紧力 施加管道内压 撤除管道内压 撤除螺栓预紧力
2 结果分析
211 密封性分析 压力容器的密封是由法兰面与垫片的相互挤
CAE解决方案——FemapwithNXNastran
的主要功能—— 电磁场与电流分析，声场和波的传播计算
静态和交变态的电磁场分析 电流与压电行为分析 电磁/结构耦合分析 静态和动态声场及噪声，计算， 固体、流体和空气中波的传播计算，...。
客户案例——船舶设计分析
业务挑战
缩短产品开发周期 提高生产效率 改善合规性和设计审批流程
成效设计更改和模型制作所需的时间缩短了30至50来自用户的体会使用我们的一个员工可以完成原先几个人的工设计工程师配件研发部工程机械事业部行业工程机械wwwbccaccn业务挑战用户的主要业务成功的关键通过使用解决方案提前进行了物理测试公司有能力确保在测试前的一次性设计的正确性解决方案根据和标准在规定时间内设计一台全新的起重机这些关键部件必须要能够通过标准要求客户案例起重机的设计马尼托瓦克为客户定制梁式起重机起重机配件成效公司将新产品从概念设计到详细设计验证设计的时间缩短到了18个月来自用户的体会已经证明了我们产品的特殊性能和为客户提供的最佳解决方案行业起重设备wwwbccaccn业务挑战用户的主要业务成功的关键公司管理层对设计平台提升从制度层面保证了公司设计平台从二维升级到三维解决方案在液压设备的设计过程中非标设备所占的比例很大二维设计手段不仅缺乏系列化设计的能力而且也缺乏对复杂产品设计的验证能力包头市液压机械有限公司是由现任公司董事长王满元于1993年一手创办发展至今包头市液压机械有限公司不仅能够提供包括液压油缸气缸高校精细滤油装置还能够根据用户要求对液压系统元件及系统成套设备进行设计制造和安装成效让客户在产品生产之前就对产品的外观功能质量有了充分的信心来自用户的体会通过使用我们每年能够完成并交付的新产品数量增长了一倍效益非常可观这也使我们能够继续创新总工程师行业液压机械wwwbccaccn业务挑战用户的主要业务成功的关键易于学习的有限元分析软件协助从概念设计到生产的整个过程对零件在使用环境中进行仿真解决方案客户位置
螺栓的梁连接模拟方法及受力分析
ANSYS教学算例集螺栓的梁连接模拟方法及受力分析撰写：审核：校对：20XX年09月30日关键字：命名集、对象生成器、梁连接、应力分析算例来源：目录1.摘要 (1)2. 案例描述 (1)3. 操作步骤 (1)3.1. 启动ANSYS Workbench，创建一个静力分析项目 (1)3.2. 导入几何模型 (2)3.3. 前处理设置 (3)3.4. 施加边界条件 (5)3.5. 静力求解 (7)3.6. 分析结果查看 (7)4. 分析小结 (10)摘要本算例模拟了两块通过梁连接的平板的受力情况，通过对相对应的孔之间建立刚性梁连接来传递受力，模拟螺栓的作用。
设置中用到了对象生成器创建了多个梁连接。
本算例对于熟悉梁连接的创建、命名集和对象生成器的使用具有指导意义。
案例描述已知几何模型是2块平板，最外侧的距离为55 mm。
每一块平板上都有12 个孔，在对应的孔上添加梁连接。
底部的平板沿周边固定。
两块平板采用梁连接起来以模拟螺栓的传力作用。
1000 N的集中力作用在顶部平板的上表面。
求解平板的受力、变形和梁的轴向力。
操作步骤1.1. 启动ANSYS Workbench，创建一个静力分析项目（1）启动workbench界面。
（2）创建分析项目类型：在Workbench界面，双击左侧【Toolbox】工具箱中的静力分析模块【Static Structural】，即可将该模块添加至【Project Schematic】中，即创建了一个静力分析的项目流程。
（3）保存文件：点击【save】按钮，保存项目文件为Bolt_Plates.wbpj.提示：为了便于用户使用和管理求解文件，wbpj文件其实为一个包含几何建模、网格划分、荷载施加等整个分析流程的索引文件，类似于总目录，而分析流程相关的模型等文件，则被保存在“.wbpj”的同名文件夹中。
1.2. 导入几何模型（1）右键点击静力分析项目中的【geometry】，选择【import geometry】，点击【browse】，选择已建好的三维模型Bolt_Plates.stp。
Femap 结构分析案例报告
*******项目整体式传动系统支撑结构有限元分析报告摘要：基于******项目更换传动系统时不能停机的要求，我司特为此项目设计一个新的整体式传动系统吊支撑以满足现场更换的需求，为保证新的设计的有效性，我司特此采用FEMAP有限元结构分析软件做吊安装就位状态下的结构有限元分析并结合中国钢结构规范GB 50017-2003及AISC-American 装及安装就位安装就位Institute of Steel Construction inc. (美国钢结构设计协会)手册来判断新的整体式传动系统支撑结安全合理性。
构设计的安全合理性安全合理性吊装状态示意图已知工况：：已知工况电机重量：708 lb齿轮箱重量：814 lb联轴器重量：约60 lb材质：碳钢Q235Q235碳钢密度：486 lb/in31.吊装状态1.1建模支撑架由两根长20a槽钢，四根短20a槽钢，厚20mm钢板及厚10mm钢板焊接组成。
（钢丝绳及工字钢客户现场自备）按1 inch有限元划分为1194个有限元1.2布置荷载及约束根据已知条件，加之吊装为移动状态所以荷载为增加 1.5系数，电机支撑板每个点荷载为：(708+30)*1.5/4=276 lb f齿轮箱支撑板每个点荷载为：(814+30)*1.5/3=422 lb f整个结构体自重荷载密度为：486 lb/in3固定约束布置在工字钢中间左右。
如右图所示1.3 分析及显示变形状态经过FEMAP分析处理后得到如下视图（300倍放大）以上是整个吊装结构的变形示意图，针对支撑架结构分析如下图：检查输出数据：(举例)1.4 检查校核组合梁的强度及刚度强度校核采用AISC-American Institute of Steel Construction inc 手册第H 章规范（16.1-70）：刚度校核采用中国钢结构规范中国钢结构规范GB 50017-20031.4.1强度校核采用excel 数据处理方式，如后附录附录1，(12ry rx R C cx cyM M P P M M ++≤ 结论所有值均小于1，强度OK!; 1.4.2刚度校核查看输出数据 element ID 1007 的最大y 轴位移量为0.011819inch 即为长槽钢的最大挠度， element ID 7414的最大y 轴位移量为0.012469inch 即为短槽钢的最大挠度，根据钢结构规范钢结构规范GB 50017-2003受弯构件的挠度容许值 l /400判断0.011819inch <54.8818/400=0.13720inch 长槽钢 OK!0.012469inch <24.685/400=0.06171inch 短槽钢 OK!2.安装就位安装就位状态状态2.1建模（省略）2.2布置荷载及约束根据已知条件，电机支撑板每个点荷载为：(708+30)/4=184.5 lb f齿轮箱支撑板每个点荷载为：(814+30)*1.5/3=282 lb f整个结构体自重荷载密度为：486 lb/in 3安装在支撑梁上，所以固定约束布置，如右图所示。
螺栓联接作业及答案ppt课件
第二题 二、破坏形式 1. 上侧螺栓不被拉断—不断条件
dc
4 1.3F0
2. 不松条件 (上侧边缘) P=PF M 0 3. 不碎条件 P=PF +M≤[] 4. 不滑条件 S F m z≥kf P
第二题
三、求螺栓直径
1.由不滑条件求预紧力F S • F • m • z≥kf •P
F k f P 1.23000 4500N
d1
dc
H 6
6.87
0.866 1.5 6
6.87 0.2165 7.087mm
第四题
如图所示，左右两半凸缘联轴器用螺栓联接，两 凸缘厚度相同，由性能级别为个4.6的Q235钢制造的6 个 M22 螺 栓 互 相 连 接 起 来 ， 螺 栓 均 布 于 直 径 D0=220mm的凸缘圆周上，联轴器的材料为铸铁。
i 1
d
4Fs
m
43610 6.92mm96 Nhomakorabeas
ss
240 2.5
96MPa
取M6 d=7mm
第四题
二、校核挤压强度
螺栓
P
s
SP
1
240 ~ 1.25
240
~
192
被联接件
P
B
SP
250 2 ~ 2.5
125
~
100
P
Fs d h
3610 7 1.25 7
58.94
P
100Mpa
第四题
第四题
试求：① 若用普通螺栓联接，装配时用定力矩扳手 控制预紧力，求此联轴器所能传递的最大扭矩T，(接 合面摩擦系数s=0.15可靠系数Kf=1.2，取螺栓的安全 系数[S]=1.8)。
MW级风力发电机组轮毂连接螺栓接触强度分析
Strength analysis of bolt on MW class w ind turbine hub connections
H E Yu lin , LE I Z eng hong, SH I B ing nan ( The State K ey Laboratory o fM echan ica l T ransm issio n , Chongq ing Un iversity , Chongq ing 400044 , Ch in a)
3 轮毂连接螺栓接触强度分析
3 . 1 轮毂与变桨轴承连接螺栓接触强度分析 由于连接叶片的三个轮毂法兰对称分布 , 故取其 中一个法兰, 建立该法兰的详细特征, 略去螺栓安装 时使用的垫片和某些次要的结构特征, 并进行接触分 析。其余两个变桨轴承和轮毂采用螺栓连接 , 简化处 理为: 变桨轴承和轮毂法兰合并节点; 叶片假体和变 桨轴承采用螺栓连接 , 简化处理成合并两部件结合面 处的节点; 主轴和轮毂法兰采用螺栓连接 , 简化后 , 采 用合并节点的方式连接主轴法兰和轮毂法兰 ; 用一段 圆柱代替变桨电动机小齿轮, 圆柱与轮毂采用合并节 点方式连接。 采用 m arc 中单元号为 hex8 线性六面体单元划分, 单元大小为 40~ 60 mm, 总的单元数达到 158023 个。 3 . 1 . 1 接触分析参数的设定 在接触分析模型中 , 设定了轮毂法兰盘接触体、 轴承接触体和螺栓接触体 3 个可变形接触体。轮毂 法兰盘螺栓连接的接触分析的有限元模型见图 2。
2011 年第 4 期
2 轮毂受力分析
[ 1]
3 . 1 . 2 载荷和边界条件 在全局坐标系下限制主轴断面节点的 3 个方向平 动自由度。在局部坐标系下约束 60 个螺栓径向平动 自由度 , 即约束垂直于螺栓轴线方向的平动自由度 , 以消除刚体位移。 在每个叶片上建立局部坐标系 , 局部坐标系建立 方法依据 风力机认证规范 。然后在每个叶片假体 的中心建立一个 RBE3 类型的多点约束, 将各工况载 荷中的力 F x 、 F y、 F z与力矩 M x 、 M y施加于 RBE3 集中点 上。同时在每个 变桨电动机齿轮与变桨轴承齿轮接 触线处 , 建立 RBE 3类型的多点约束 , 在变桨电动机局 部坐标系下, 将各工况载荷的 M z (叶片根部局部坐标 系下 Z 方向的力矩 ) 转化为变桨电动机齿轮的周向力 F t和径向力 F r, 施加于 RBE3 集中点上。其中, 力矩 M z等效为变桨电动机齿轮的周向力 F t 和径向力 F r, 可 依据标准 直齿圆柱 齿轮 传动计 算, 大 小齿轮 传动比 i1 = 139 / 15 , 设小齿轮直径为 d, 压力角为 , 3 支叶片 上作用力矩分别为 M zi ( i= 1 , 2 , 3 ) 。则小齿轮上的变 浆力矩大小为 M z i / i1; 作用在小齿轮上的周向力 F t i及 径向力 F r i为 : F ti = 2000 M z i /d F r i = F ti tan 加载分两个工况进行, 第 1个工况中给 60 个螺栓施 加预紧力, 建立各部件间的接触关系; 第 2个工况是在螺 栓预紧的情况下施加极限载荷, 求得各零 /部件的强度。 3 . 1 . 3 材料属性 轮毂材料为 QT400球墨铸铁 , 叶片轴承由高强度 合金钢组成 , 主轴和螺栓都是由高强度碳钢制成, 其 属性如表 1 所示。
预紧螺栓连接仿真分析
表 1 螺栓信息
螺栓牌号
公称直径 d （mm）
螺距 P（mm）
螺纹小径 d1 （mm）
M6
6
1
4.917
螺纹中径 d2 （mm）
5.350
螺旋副摩擦系数
f
0.15
螺母环形支承面外 径 D0 （mm）
10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
螺母环形支承面内 径 d0 （mm）
6.2
螺母与支承面摩擦系 数 fc
0.15
-93-
2018-13 (最终).indd 93
有限元模型 建模及网格划分
典型对接中预紧螺栓受力情况。
螺栓连接件的典型截面连接型式如下，纵向含 3 个螺栓
预紧力计算
绝大多数螺栓连接在装配时都必须预紧，预紧的目的在
连接。 其中：框 A、框 B 及螺栓均用实体单元 solid186 划分
于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出
网格， solid186 选项参数 KP（2）=1，打开完全积分模式
约束及加载
截取部位端部的面法向的平动自由度约束，这部分通 过在端面建局部坐标系实现；在框 B 连蒙皮的外突缘边缘 XYZ 三平动自由度约束；在框 A 外突缘边界建刚性区，载 荷步 2 中对刚性区主节点加外载 F。如图 3 所示。
加载分两个载荷步：（1）对每个螺栓通过预紧单元加 预紧力。（2）螺栓预紧后加外载 F（拉载 19545.4N）。
现缝隙或发生相对滑移。螺栓拧紧力矩与预紧力之间关系如
以适应实体复杂外型网格划分。螺栓完全用六面体网格划分，
下：
框绝大部分用六面体网格划分，在复杂 R 角过渡区，则采用
=T
F0 2
d2
模拟螺栓连接
dh0=dbt+2 !螺栓孔直径22
randa=0.05 !梁的坡度
aa=50 !螺栓中心到梁翼缘边缘（非受力方向）的距离
aa1=50 !螺栓中心到梁翼缘边缘（受力方向的距离
ab=120 !一二排螺栓间距
VGLUE,all
!粘贴梁腹板翼缘端板和相应的加劲肋
vsel,s,loc,x,0,lb1+lb2+tep
vsel,u,loc,x,-tep,0
VGLUE,all
!粘贴螺栓
vsel,s,loc,z,bep/2-aa1
VGLUE,all
cm,bolt,volu
ALLSEL,ALL
hst=80 !端板外伸部分加劲肋高度
bst=bc/2-5 !端板外伸部分加劲肋高度95
lbt=2*tep !螺栓杆长度40
dbt=20 !螺栓杆直径或有效直径
dbth=31.4 !螺栓头和螺母直径
lbth=12.5 !螺栓头厚度
k,112,tep,hb/2,tst/2
k,113,tep+hst,hb/2+hst*randa,tst/2
k,114,tep,hb/2+hst,tst/2
V, 109,110,111,112,113,114
k,115,tep,-hb/2
k,120,tep,-hb/2-hst,tst/2
V, 115,116,117,118,119,120
k,121,-tep,hb/2
k,122,-tep-hst,hb/2-hst*randa
k,98, -tep,hb/2
2024年度《FEMAP示例入门与提高》版本83
根据桥梁的实际支撑情况，设置桥墩底部 的固定约束、桥面的滑动约束等。
通过FEMAP进行桥梁结构的有限元分析， 得到桥梁的应力、变形等结果，并评估其 安全性。
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05
求解器选择与结果输 出设置
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求解器类型介绍及选择建议
直接求解器
基于直接法，适用于中小规模问题，计算精度高，但内存消耗较大 。
的车身变形、加速度、能量吸收等数据。
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可视化设计
根据数据的类型和特点，选择合适的图表类型和色彩方案，设计出直观
、易懂的可视化界面。
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03
结果展示
将设计好的可视化界面应用于汽车碰撞安全性分析结果，通过图表、动
画等形式展示车身在不同碰撞工况下的表现，帮助用户更直观地了解汽
车的安全性能。
飞机机翼结构优化设计结果
展示飞机机翼结构优化设计的结果，包括优化前后的性能对比、成 本降低和效益提升等方面的分析。
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THANKS
感谢观看
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迭代求解器
基于迭代法，适用于大规模问题，内存消耗较小，但计算精度可能 受迭代次数和收敛准则影响。
选择建议
对于中小规模、对精度要求高的问题，推荐使用直接求解器；对于大 规模问题或需要快速求解的场景，推荐使用迭代求解器。
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结果输出设置方法
结果文件类型
支持多种格式的结果文件输出，如文本文件、 Excel文件、图形文件等。
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施加边界条件
根据实际问题，为模型施加适当的边界条 件，如固定约束、位移约束、力或压力载 荷等。
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。
螺栓组联接ppt课件
例：如图所示的支架受 F 力
将 F 力分解并向螺栓组形 心及结合面平移，得：
轴向载荷 横向载荷 翻转力矩
设计中，需要防止如下四种可能的失效形式： 支架下滑： 需要足够大的 。 螺栓拉断： 求出受力最大的螺栓拉力
上沿开缝： 下沿压溃：
基本理论 螺栓组连接的设计
按单个螺栓连接的强度计算
螺栓组的受力分析 螺栓组的结构设计
横向力
受拉
受剪
旋转力矩
受拉
翻转力矩
受剪
单个螺栓 强度计算
受剪螺栓： 松联接：
受拉螺栓
仅受F’： 紧联接
受F’和F
受静载：
受变载：
F0=F+F” σa影响疲劳强度
F
FL 2a
F 3
F 3
F 3
FL 2a
Fmax=F3= +
F 3
FL 2a
F
FL 2a
3 F
3
Fmax=F1=F3 =
FL
F
3a
FL 3
3a
F
F
3
3
Fl
3a
因螺栓2所受的两力的夹角最小，故螺栓2所受横向载荷最大，即
Fmax=F2=
比较：
方案一： Fmax= + 方案二： Fmax= 方案三： Fmax=
载荷。
因此本结构螺栓只承受转距T产生
的横向力，而不承受载荷Fw 产生 的横向力，故其 工作载荷为：
F = FT = 400N
其所受预紧力为 ：
*
小结：
通过上面三种情况的分析和计算，我们可以看出，虽然受 到的外载荷相同，但是由于螺栓联接的类型不同，被联接 件的结构不同，每个螺栓的受力情况会有很大差异，单个 螺栓受力的大小可能相差很大。因此在机械设计中，结构 设计的优劣必须给以足够重视。
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2004 – UGS独立
2007 – 被Siemens收购 初始用于MSC/PAL 和 MSC/NASTRAN的前处理
现在独立于求解器 – 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度 多学科处理 被一系列知名公司代理
MAYA TMG, NEiNastran Modeler, American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Part 2: 装配件螺栓连接的 模拟分析
本次实例练习的流程：
1、将几何模型导入Femap； 2、设定模型的材料和属性； 3、自动创建装配体连接； 4、设定模型的网格尺寸，划分网格； 5、创建螺栓区域； 6、添加螺栓预紧力； 7、设定模型载荷及约束； 8、设定螺栓的材料和属性； 9、创建刚体单元将螺栓与孔贴紧； 10、设定分析求解控制； 11、设定分析集，运行模拟； 12、分析计算结果；
Femap – 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长 在航空客户有显著增长 电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ） 在全球有几十万个License
Femap – 方向（让FEA更简单容易）
100% 的FEA友好工具 继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的，详细的功能 继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Femap V10.2 装配件 螺栓连接的模拟分析
Part 1: Femap基本介绍
Femap – 背景（ Finite Element Modeling And Postprocessing ）
愿景: 使真正的FEA更容易
1985 – ESP 成立 1999 – 被SDRC收购 2001 – 被UG收购同时并入EDS
几何模型导入
参考文件：L_Bracket.asm
菜单File – Import – Geometry 命令
清除无关的材料和属性
菜单Delete – Model – All 命令
设定支架的材料
菜单Model – Material 命令
选择材料Aluminum 6101 Heat Treated (T6) Wrought
Next: other improvements and changes
创建螺栓的网格尺寸
菜单Mesh – Size Control – Size along curve 命令
选择螺栓中心线
创建螺栓的材料和属性
创建螺栓单元
菜单Mesh – Geometry – Curve 命令
选择螺栓中心线
创建刚体单元将螺栓和孔贴紧
菜单Model – Element 命令
在Type中选择Rigid单元
菜单Mesh – Geometry - Solids 命令
对两个支架划分网格
菜单Mesh – Geometry - Solids 命令
创建螺栓中心线
菜单Geometry – Line - Coordinates 命令
利用中心线创建螺栓区域
添加螺栓预紧力
在右支架孔的上半面定支架的属性
菜单Model – Property 命令
选择材料Aluminum 6101 Heat Treated (T6) Wrought
选择单元：solid； Tile：Bracket
创建两个支架的连接
菜单Connect – Automatic 命令 在左上图中选择Contact
对两个支架划分网格
创建刚体单元将螺栓和孔贴紧
菜单Model – Element 命令
在Type中选择Rigid单元
创建分析集
菜单Model – Analysis 命令
分析结果
分析结果
Thanks for your patience!!!
需要 参考文件：L_Bracket.asm 请加QQ： 1250586843