概述

本模型解釋了一個簡單的螺栓連接，該連接由兩塊板和一個螺栓夾緊在一起。在此情況下，螺栓將承受剪力。

目標

演示如何為兩塊板之間設置螺栓連接，包括螺栓預緊力和施加剪力。

建模步驟

對施加剪力的簡單螺栓連接進行靜態結構分析。

1.打開 Ansys Workbench 并插入一個“靜態結構（Static Structural）”系統。

2.在“工程數據（Engineering Data）”下定義材料屬性。

a.選擇“工程數據源（Engineering Data Sources）”，然后選擇“通用非線性材料庫（General Non-linear Materials library）”；

b.從該庫中選擇“結構鋼 NL（Structural Steel NL）”材料。

3.導入“簡單螺栓連接（Simple Bolted Joint）”幾何體。

4.檢查幾何定義。這里有兩塊板、一個螺栓和一個螺母，它們都是實體。由于這些實體是分離的部件，我們需要在它們之間定義接觸。

a.檢查單位，確認對于本次分析已正確設置為公制（mm, kg, s）；

b.對于此案例，為所有體分配"Structural Steel NL"材料，如我們在第2步中所添加的。

5.在實體之間創建接觸。

a.系統已自動生成各體之間的接觸，修改它們使每個接觸具有正確的接觸類型；

b.在兩塊板之間、螺栓頭與頂板之間、螺母與底板之間設置摩擦接觸 （Frictional contact），摩擦系數為0.2。保持其他設置為默認值；

c.在螺母和螺栓螺紋部分之間設置綁定接觸（Bonded contact），其他設置保持默認值。

6.生成網格，單元尺寸為0.4mm。

對于螺栓實體，應用“多區域（MultiZone）”網格劃分方法。

7.通過應用邊界條件來設置工況并求解。

a.在“分析設置（Analysis Settings）/步驟控制（Step Controls）”下，設置“步驟數（Number of Steps）=2”，因為施加了螺栓預緊力（Bolt Pretension）；

b.將“自動時間步長（Auto Time Stepping）”設置為“開（On）”，并按“子步 （Substeps）”定義，初始子步=10，最小子步=10，最大子步=100。將這些設置應用于兩個載荷步；

c.在“求解器控制（Solver Controls）”下，將求解器類型（Solver Type） 設置為“直接（Direct）”，并將“大變形（Large Deflection)”設置為“開（On）”；

d.在“輸出控制（Output Controls）”下，將“節點力（Nodal Forces）”設置為“開 （On）”；如下圖：

e.在底板的側面施加固定支撐（Fixed Support）；

f.在添加螺栓預緊力Bolt Pretension） 對象之前，創建局部坐標系（Coordinate System）。為此，在“原點（Origin）”組中設置“定義方式（Define By）=全局坐標 （Global Coordinates）”，在“關于主軸的方向（Orientation About Principal Axis）”中設置“軸（Axis）=Z”和“定義方式（Define By）=全局 Y 軸（Global Y Axis）”；

g.然后，為螺栓實體添加螺栓預緊力對象，載荷為100N。第一步設置為“載荷 （Load）”，第二步設置為“鎖定（Lock）”。同時選擇“坐標系（Coordinate System）=坐標系（Coordinate System）”；如下圖：

h.在側面施加20N 的力，方向為正 X 軸。同時確保第一步處于禁用狀態；

i.求解案例。

8.后處理并檢查結果。

a.插入總變形（Total Deformation）、等效應力（Equivalent Stress）并檢查結果；

b.為螺栓實體插入法向應力（Normal Stress）。為此，創建一個“表面 （Surface）”的“構造幾何體（Construction Geometry）”，并使用它來定義螺栓的法向應力，方向（Orientation）=Y 軸；

c.為板材插入另一個法向應力。為此，選擇兩塊板材并設置方向（Orientation）=Y 軸；

d.另外，插入“力反作用力（Force Reaction）”用于螺栓和螺母實體之間的綁定接觸，以檢查由于螺栓預緊力引起的反作用力；

e.同時，插入“接觸工具（Contact Tool）”以檢查兩塊板材之間摩擦接觸的摩擦應力 （Frictional Stress）。

總結

本案例解釋了如何在兩塊板之間設置螺栓連接，然后對螺栓施加預緊力。討論了如何使用螺栓的實體來定義用戶定義坐標系下的螺栓預緊力，施加剪力并檢查該力對實體的影響。