螺栓的預載為什么一定要分成兩步
在ANSYS中,使用Bolt pretension 可以施加一個螺栓預載荷,螺栓預載荷這種加載方式對我們的螺栓連接計算來說非常便利。

對于螺栓連接計算來說,我們需要計算的情景一般都是既有螺栓連接,又有其它載荷。比如壓力容器端蓋,其使用螺栓連接,端蓋既受到螺栓的預緊力,又受到氣體壓力,這兩種載荷同時作用。那么,兩種載荷如果放在同一個載荷步中加載,結果是否正確呢,還是需要分成兩步,先加載螺栓載荷,再加載壓力載荷?
筆者已經不止一次在碰到帶有螺栓預載荷的受力分析時發現因為載荷加載錯誤而出現錯誤結果,所以對螺栓載荷加載的理解非常重要。
下面我們就對于這個問題進行探討并介紹ANSYS里面的螺栓預載荷的各種參數。
首先,我們先考慮實際的螺栓連接情況,螺栓連接兩塊鐵板,由于螺栓預拉力,鐵板會被壓縮L1(假設板被均勻壓縮), 為了提供這個預拉力,螺栓本身也會伸長,設為L2, 那最終以下面黃色板為參考面,螺栓端部向下的變形量為L1+L2.


這個過程我們也可以分成三部分,如下圖,圖1為自由狀態,此時無內應力,圖2為有一個壓力F預先將板壓縮L1, 此時螺栓端部已經向下移動L1, 到圖3第三步,將螺母擰緊,擰到螺栓伸長L2時螺栓拉力為F, 此時撤去預先加在鐵板上的力F, 各部分達到平衡。F即為螺栓預緊力。我們可以看到,L1和L2的比值就是鐵板和螺栓剛度比值。根據公式σ=Eε à F/A=E*ΔL/L,如果螺栓材料和板材的彈性模量E一樣的話,比值就是兩個的面積A之比。


此時,這邊的L1+L2就是Adjustment的值, 需要注意的是,我們螺栓的絕對伸長量只有L2,實際中,我們的螺母是沿著螺栓運動的,而在FEA中,螺母是不動的。這就導致FEA中有個adjustment的概念,adjustment的距離包含鐵板的變形為L1+L2,在我們螺栓按照adjustment作為加載的時候, 必須要注意。同樣的,我們在后處理中讀到的adjustment用來校核螺栓應力時也需要注意去除不起作用的L1的數值。

上面我們說的是實際螺栓的情況,那么ANSYS里面是如何處理的呢?

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ANSYS 計算螺栓預應力的方法
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