預緊力螺栓Pre-tension_abaqus_by_gy
產品: ABAQUS/Standard ABAQUS/CAE
裝配載荷：
· 能用來模擬結構中的緊固載荷
· 施加在用戶定義的預緊截面上
· 施加在與預緊截面相關的預緊節點上
· 需要預緊載荷的指定或緊固調整
下圖是一個簡單的例子來解釋裝配載荷的概念。
圖1 裝配載荷示例
容器A是由螺栓預緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子，如圖1所示。在standard中，預緊的模擬是通過在螺栓內添加一個“切割面”或預緊截面，并使其承受一拉伸載荷實現的。通過修改預緊截面一側的單元， standard可以自動調整預緊截面上螺栓的長度，以獲得想要的預緊力值。后續的分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內的其他載荷，螺栓是作為標準的變形組件存在。
ABAQUS/Standard允許通過實體單元、桿單元或梁單元定義緊固件件的裝配載荷。分析步中定義裝配載荷不會隨著單元類型的不同而顯著不同。
在實體單元中，預緊截面是在螺栓內、將螺栓切割成兩部分的一個面(見圖2)。對于有幾個不同片段組成的緊固件，預緊截面可以是一組面。
圖2 使用連續單元定義的預緊截面
基于單元的面包括單元和表面信息。必須將該面轉化成預緊截面以便預緊載荷能施加在該截面內的控制節點上。
輸入文件：使用下列選項來創建基于實體單元的預緊截面：
*SURFACE，TYPE=ELEMENT，NAME=面的名稱
*PRE-TENSION SECTION，SURFACE=面的名稱，NODE=節點編號
ABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load。
1)對齊控制節點到預緊截面
裝配載荷通過預緊截面上的預緊節點傳遞。預緊節點不屬于模型中的任何單元。它只有一個自由度(自由度1)，該自由度表示切割面法向兩側的相對位移，見圖3。該節點的坐標或位置并不重要。
圖3 預緊截面的法向，該法向是遠離下層單元的方向
2)定義預緊截面的法向
ABAQUS/Standard計算截面的平均法向——在面的正方向上，遠離產生截面的實體單元的方向就是預緊力施加的方向。也可以自行指定法向(當期望的載荷方向與預緊截面的平均法向不同時)，對于大位移分析，該法向不會更新。
3)組織預緊截面另一側的單元
對于所有通過至少一個節點連接到預緊截面的單元，ABAQUS/Standard必須決定每個單元位于預緊截面的哪一側。該過程對于預緊載荷正常工作起著至關重要的作用。
用來定義截面的單元在本討論中作為“基單元”的概念被提起的。所有在截面同一側的、作為基單元的單元作為“下層單元”的概念被提起。所有連接到截面并共享該面(或二維問題的邊)的基單元會被添加到下層單元列表中。這是一個重復的過程，使ABAQUS/Standard能在幾乎所有網格(包括三角形、楔形、四面體和內嵌梁、桿、殼和膜單元)中找到定義面時未被使用的下層單元。見圖4。
圖4 用來查找下層單元的基單元
在多數情況下，該過程會將所有連接到截面并構成兩個區域的單元分成組，如圖5所示。少數情況下，該過程會分組單元超過兩個區域，特別是當線單元橫跨單元邊界時。
圖5 發現額外的下層單元
對于非區域1的其它區域，需要另外的分析步來決定該區域位于截面的哪一側。對于所有屬于截面的該區域內的節點，ABAQUS/Standard計算一個平均法向， n， 也計算所有這些節點的一個平均位置(A)。此外，還計算該區域內剩余節點的一個平均位置(B)。如果法向n和向量AB的數量積是負的，則假設該區域是一個下層區域，并將其添加到區域1中。這個另外的分析步解釋如圖5的區域2和3 。
這個另外的分析步對于梁單元會產生不正確的分割，因為梁作為下層單元將不會被發現，如圖6。
圖6 下層單元不會被發現(梁單元)
如果預緊截面包括不固定的形狀并且有一個或多個橫跨單元邊界的線單元與之相連，請參看.dat文件中的下層單元列表來確定下層單元是正確列出的。
只連接到預緊截面上節點的單元(比如SPRINT1、DASHPOT1和MASS單元)不會包含在下層單元中，他們都被認為屬于截面的另一側。
2、使用桿或梁單元創建預緊
當使用桿或梁單元創建預緊組件時，預緊截面會縮減到一個點。假設截面位于單元的最后一個節點上，其法向沿著從第一到最后節點的方向。所以，只要指定要施加裝配載荷的單元和相應的預緊節點，就可以完全定義截面。
輸入文件：使用下列選項來創建基于實體單元的預緊截面：
*PRE-TENSION SECTION，ELEMENT=單元編號，NODE=節點編號
ABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load。
與基于面的預緊截面一樣，預緊節點也只有一個自由度(自由度1)，它表示切面法向兩側的相對位移，如圖7。節點的坐標不重要。
圖7 使用桿或梁單元定義預緊截面
ABAQUS/Standard從下層單元的第一到最后節點的向量計算法向。也可以直接指定截面的法向，該法向在大位移分析中不會更新。
可以通過重復預緊截面定義的輸入定義多個預緊截面。每個預緊截面要擁有自己的預緊節點。
局部坐標不能用于預緊節點，只能用于預緊截面上的節點。
1)施加預緊力
可以施加集中載荷到預緊節點。該載荷是一個自平衡的力，沿著預緊截面的法向在預緊截面上傳遞。
輸入文件：*CLOAD
ABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load。
圖8 施加在預緊節點上的裝配載荷，沿著方向n作用
可以通過在預緊節點定義非零邊界條件規定預緊截面的緊固調整。
輸入文件：*BOUNDARY
ABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load，選擇面，如果必要選擇軸線：Method：Adjust length
可以通過使用邊界條件固定自由度在分析步開始時的當前值來維持預緊截面的初始調整，該技術使預緊截面上的載荷根據外部施加的載荷來維持平衡。如果截面的初始調整未被維持，則緊固力將保持常數。
當預緊節點不是由邊界條件控制，確信結構的組件是耦合約束的，否則，結構會由于剛體模式的存在而分開。如果在分析的第一個分析步內未發現任何邊界條件或載荷在預緊節點上，ABAQUS/Standard將發出一個警告信息。
ABAQUS/Standard自動調整預緊截面處組件的長度來獲得規定數量的預緊。該調整是通過移動下層單元在預緊截面上的節點實現的。結果，下層單元將變現出縮短，盡管當預緊力施加時它們承受的是拉應力。
有以下限制：
· 裝配載荷不能在子結構內指定。
· 如果執行子模型分析，預緊截面不能橫跨驅動節點。就是說，預緊截面應該是完全的整體模型而不屬于子模型的一部分或完全是子模型的一部分。后續分析中，當執行子模型分析時，預緊截面也必須在子模型內。
· 預緊截面上的節點不應連接到有多點約束的其它實體上。這些節點可以連接到有方程約束的其它實體上，但是連接預緊截面上一節點和截面下層一側節點的方程會引入約束，因此，會影響預緊載荷的施加；另一方面，連接預緊截面上節點和截面另一側節點的方程不會影響預緊載荷的施加。
求解序列
任何ABAQUS/Standard使用位移自由度單元類型的求解序列都可以使用。當規定初始預緊時，靜態分析是最可能的求解序列，其它分析比如溫度-位移耦合分析也可使用。一旦施加了初始預緊，靜態或動態分析可以用來施加額外的載荷來維持緊固調整。
預緊截面上的合力是預緊節點上反力加上任何施加到該節點的集中載荷的和。使用輸出變量TF可以輸出預緊截面上的合力。合力的方向是沿著法線方向，預緊截面上的剪切力不能輸出。T
預緊截面的緊固調整作為預緊節點的位移可用。位移輸出使用U，只有垂直于預緊截面的調整可以輸出，因為無其它方向的調整。
預緊截面上的應力分布不能直接使用，但是，下層單元的應力能很容易被顯示。綁定接觸對能附著在預緊截面位置來通過CPRESS和CSHEAR輸出應力分布。
定義裝配載荷，例子使用的是實體單元
…
可選定義預緊節點
*SURFACE,NAME=名字
數據行：指定單元和相應的面來定義預緊截面
*PRE-TENSION SECTION,SURFACE=名字,NODE=預緊節點
**
** 預緊截面的使用
控制時間增量步的數據行
預緊節點,1,預緊力的值
或者
*BOUNDARY,AMPLITUDE=amplitude
預緊節點, 1, 1,緊固調整
**保持緊固調整并施加新的載荷
控制時間增量步的數據行
*BOUNDARY,FIXED
pre-tension_node, 1, 1
定義其他邊界條件的數據行
定義其他載荷條件的數據行
…
創建螺栓載荷
1)理解螺栓載荷
螺栓載荷建立緊固力或長度調整模型，如圖9所示，容器A是由螺栓預緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子。
圖9 預緊螺栓載荷
可以在第一個分析步中施加螺栓載荷來建立緊固螺栓內的拉力，方式是集中力或規定長度的改變，可以在螺栓橫截面上施加載荷。后續分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內的其他載荷，螺栓是作為標準的變形組件存在。
當創建螺栓載荷，必須指定：
定義螺栓橫截面的面
ABAQUS/CAE施加螺栓載荷在橫截面上。該面必須切斷螺栓幾何。ABAQUS/CAE 在該位置創建一個“內部”面。
如果你正面對內部創建的或導入的螺栓實例，通常將螺栓在需要的位置分割開是很必要的。如圖10。
圖10 分割螺栓幾何
如果你正面對一個孤立網格，必須通過選擇單元面來定義橫截面。如圖11。
圖11 使用單元面來定義螺栓橫截面
注意：只可以施加螺栓載荷在三維實體、二維實體和三維線框上。不支持二維和軸對稱線框。
螺栓軸線
如果定義螺栓載荷在一實體區域上，必須選擇基準軸或基準坐標系的一個軸來定義螺栓軸線(如果不是垂直于橫截面)。如果在線框區域定義螺栓載荷，螺栓軸線總是被假定為橫截面處的線框切向。
ABAQUS/CAE使用定義的橫截面和螺栓軸線來定義預緊截面數據，還有一個預緊參考節點。
施加載荷的方法
當創建螺栓載荷，必須選擇下列方法之一：
l 施加力在螺栓上。該方法創建緊固螺栓來承受指定載荷。
l 調整螺栓長度。該方法創建緊固螺栓直到其自由長度由指定值改變。
l 固定螺栓的當前長度。該方法僅當已經在第一個分析步中創建了螺栓而且當前正在隨后的分析步中編輯它才可用。該方法允許螺栓長度保持不變以使螺栓中的力根據模型的響應來改變。
所選方法的大小
如果施加力給螺栓，必須輸入力的大小；如果調整螺栓長度，必須輸入長度改變值。
只可以在第一個分析步創建螺栓載荷，但可以在隨后分析步中更改載荷方法或載荷大小。例如，可以在第一個分析步施加特定的拉力，然后在第二個分析步改變方法來固定螺栓長度。
2)創建和編輯螺栓載荷
從主菜單選擇Load——>Create來創建螺栓力或長度調整。
為定義螺栓載荷：
a) 如果面對的是內部創建的或導入的幾何，創建一個分割來表明需要的螺栓載荷位置。
b) 如果面對一個實體實例，創建基準軸表明螺栓軸線的方系，也可以創建坐標系并使用它的軸來表明螺栓軸線的定位。
c) 從主菜單，選擇
CAE將顯示Create Load對話框
d) 在Create Load對話框，做如下：
l 從Category列表，選擇Mechanical
l 從Types for Selected Step列表，選擇Bolt Load，并單擊Continue
e) 在視圖內，用鼠標選擇表明螺栓載荷位置的內部面。可以使用Shift+Click、Ctrl+Click和角度方法來選擇多于一個面或邊。
f) 如果螺栓是實體實例，選擇基準軸來表明螺栓軸線，也可以選擇坐標系的一個軸。
g) 單擊Method后面的箭頭，選擇載荷方法
h) 在Magnitude后，輸入力的大小或長度改變。
i) 如果必要，指定一個幅值
j) 點擊OK，就創建了螺栓載荷。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
