螺栓預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性,以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或相對滑移。對于有螺栓聯(lián)接的機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析,如何將其施加于模型上,較好地模擬螺栓受力情況達(dá)到在有限元分析中的準(zhǔn)確加載并得到正確的分析結(jié)果,有一定難度。本文介紹在ANSYS Workbench中施加螺栓預(yù)緊力的一種方法。

分析對象為法蘭1/12模型，上下兩個(gè)法蘭由螺栓預(yù)緊，中間墊有墊片，幾何模型如圖1所示。

圖1 1/12法蘭模型

在螺栓桿上創(chuàng)建局部坐標(biāo)系，并將Z軸方向調(diào)整至與螺栓桿軸向一致，便于后續(xù)預(yù)緊力的施加，創(chuàng)建完成的局部坐標(biāo)系見圖2。

圖2 創(chuàng)建局部坐標(biāo)系

法蘭與墊片之間采用粗糙“Rough”接觸方式，如圖3所示，其他接觸對采用綁定“Bonded”接觸方式。

圖3 粗糙“Rough”接觸方式

螺栓頭、螺栓桿和螺母采用拓?fù)涔蚕恚菟ㄅc法蘭接觸區(qū)域采取局部控制，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。

圖4 網(wǎng)格劃分結(jié)果

上下法蘭受螺栓預(yù)緊力，法蘭內(nèi)側(cè)面受5MPa壓強(qiáng)，上法蘭上端面受1000N拉力。載荷的施加分三個(gè)載荷步，第一個(gè)載荷步施加4000N的螺栓預(yù)緊力，第二和第三載荷步設(shè)置為“LOCK”狀態(tài)，其他兩個(gè)外載荷均在第三個(gè)載荷步施加。螺栓預(yù)緊力施加方法如圖5所示。

圖5 螺栓預(yù)緊力施加

（a）接觸狀態(tài) （b）接觸壓力

（c）接觸間隙 （d）接觸滲透

圖6法蘭與墊片接觸結(jié)果