螺栓模型
關注創建者：Jephin Lam 創建時間：2019-07-25
螺栓模型的視頻教程
ABAQUS螺栓荷載收斂性調試（22個螺栓）
施加螺栓荷載的模型，怎么設置收斂性比較好？ 螺栓荷載不收斂時如何調整模型？對哪些地方進行調整比較有用？ 網格劃分如何更好看？ 本課程以鋼管混凝土柱-鋼梁的連接節點模型為例，同時施加22個螺栓荷載，達到了最理想的收斂效果。同時，結合為別人調過多個螺栓模型的實際情況，對于施加螺栓荷載不收斂后，對哪些地方進行調整可以使模型收斂進行了講解。 附帶了網格由細到粗過渡的劃分方式。
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ABAQUS螺栓預緊力梁柱節點滯回分析（建模視頻免費，直接觀看，模型文件付費下載）
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螺栓模型的實例教程
模態分析結果：
（3）結果數據對比分析
對比5種螺栓連接約束模型的分析結果（上表所示），其余4種簡化模型分析結果相對于3D螺栓結果的偏差率大多數在1%左右，可認為精度在3%內；
One KCoup類型和KCoup+Beam+ KCoup類型計算結果一樣；
KCoup+B31+ KCoup中，B31單元保留了螺栓的剛度和質量，結果更接近3D螺栓模型；
KCoup+ B31+ KCoup+預緊力中，B31單元加載了預緊力，剛度相對無預緊力的大，所以分析結果的頻率相對無預緊力的大。
三、結論
綜合5種螺栓連接約束模型的分析結果，有如下結論：
1) 如果模型中螺栓/釘連接處較多，且螺栓/釘相對模型尺寸比較小（M2左右），采用One KCoup類型；
2) 如果模型中螺栓/釘連接處較少，且螺栓/釘相對模型尺寸比較大，螺栓質量在動力性分析中不可忽略時，則采用KCoup+B31+ KCoup類型；
3) 如果模型中螺栓/釘連接處較多，且螺栓/釘質量不可忽略時，則可調整模型零部件的密度，彌補螺栓質量損失，同時采用One KCoup或KCoup+Beam+ KCoup類型創建連接；
4) 在模擬單個或幾個螺栓/釘的連接情況，且需要關注螺栓連接細節時，則采用3D螺栓+預緊力類型。
展開 模態分析結果：
（3）結果數據對比分析
對比5種螺栓連接約束模型的分析結果（上表所示），其余4種簡化模型分析結果相對于3D螺栓結果的偏差率大多數在1%左右，可認為精度在3%內；
One KCoup類型和KCoup+Beam+ KCoup類型計算結果一樣；
KCoup+B31+ KCoup中，B31單元保留了螺栓的剛度和質量，結果更接近3D螺栓模型；
KCoup+ B31+ KCoup+預緊力中，B31單元加載了預緊力，剛度相對無預緊力的大，所以分析結果的頻率相對無預緊力的大。
三、結論
綜合5種螺栓連接約束模型的分析結果，有如下結論：
1) 如果模型中螺栓/釘連接處較多，且螺栓/釘相對模型尺寸比較小（M2左右），采用One KCoup類型；
2) 如果模型中螺栓/釘連接處較少，且螺栓/釘相對模型尺寸比較大，螺栓質量在動力性分析中不可忽略時，則采用KCoup+B31+ KCoup類型；
3) 如果模型中螺栓/釘連接處較多，且螺栓/釘質量不可忽略時，則可調整模型零部件的密度，彌補螺栓質量損失，同時采用One KCoup或KCoup+Beam+ KCoup類型創建連接；
4) 在模擬單個或幾個螺栓/釘的連接情況，且需要關注螺栓連接細節時，則采用3D螺栓+預緊力類型。
展開 螺栓截面的接觸變形不能用Beam螺栓近似模型表現，因此以往的螺栓孔的全部節點用剛性約束來處理的方法對螺釘傳遞載荷會帶來誤差。
鈑金變形受到螺栓孔周圍的約束狀態的影響。這等同于FEM解析精度受到螺栓孔邊界條件的影響。螺栓孔的邊界條件就是螺栓模型自身，從變形解析精度的角度來驗證或者進行開發螺栓模型是今后很重要的課題。
4 結言
為了同時滿足螺栓連接鈑金的應力解析的高精度和高效率，本文提案了代替關于FEM應力評價的復雜的接觸計算的CAE方法：先利用簡單的螺栓模型計算螺釘傳遞載荷，然后通過接觸力學的應力計算模型來計算接觸部的應力集中。本文中提倡的Ciavarella and Decuzzi的應力計算模型是利用解析解得到應力，因此能夠保證計算精度的同時，計算也非常簡單。并且、知道了用Beam模型來近似螺栓模型，對FEM鈑金変形的解析精度、即螺螺釘傳遞載荷帶來一定的影響。該影響進行定量地評價或者改善螺栓模型是以后的研究課題。而且，本論文中沒有充分討論的Mises應力最大值的數值算法也是以后繼續研討的內容。還有，包括橫向載荷的螺栓連接鈑金的解析方法的構筑也是作為今后的開發課題。
展開 在螺栓模擬過程中，由于預緊載荷和包括摩擦接觸行為而產生的螺栓桿應力（螺栓頭和螺栓螺紋之間區域的應力）是主要關注的問題。
該問題的目的是表明螺栓截面法簡化了該螺栓接頭的建模，并產生了近似的螺紋行為和柄部應力，與真實的螺栓模型相當。
該問題通過三種方法模擬：
1. 真實螺紋模擬
這種方法是最精確的螺栓模擬。螺紋的詳細建模在模型中提供了準確的螺紋行為。螺紋區域需要非常精細的網格離散化，這使得該方法的計算成本很高。
2. 螺栓截面法（簡化螺栓螺紋建模技術）
在該方法中，通過將螺栓截面分配給覆蓋在光滑圓柱形螺栓表面上的接觸單元來模擬螺栓螺紋。（不需要詳細的螺紋幾何形狀。）根據SECDATA命令給出的螺紋參數在內部進行計算，以接近螺栓的行為。這種方法計算成本低。
3. MPC方法（螺紋區域的粘結行為）
在該方法中，MPC結合行為在螺紋區域中定義。（不需要詳細的螺紋幾何結構。）此方法計算速度非常快，但螺紋行為可能會丟失。
二維軸對稱和三維模型都用于比較這三種方法。所有三種方法的二維模型設置如下圖所示：
建模
具有標準螺紋尺寸的M120結構鋼螺栓采用合理尺寸的蓋板和底板建模。進行二維和三維螺栓螺紋建模。螺栓和板采用雙線性各向同性塑性材料模型。
帶蓋板和底板的螺栓模型
創建了兩個模型，一個具有螺紋表面，另一個具有光滑的螺栓表面，以證明螺栓截面法相對于真實螺紋模擬法的簡單性和優勢。
帶蓋板和底板的真實螺紋螺栓模型
三維螺紋螺栓模型表示一個帶有蓋板和底板的單頭M120螺栓。螺栓的最大直徑為120 mm，中徑為116 mm，螺距為6 mm，半螺紋角度為30度（根據標準螺紋輪廓）。
該模型由SOLID186和SOLID187單元組成。在螺紋區域中執行網格細化。
展開 1.實體螺栓模型
預緊力的施加方式（Body load）
后處理的比較
2.簡化螺栓模型
建模方式（Beam或Connector，其中Connector操作更靈活與方便 ）
預緊力的施加方式（Body load或Connector force，施加方式不同）
螺栓力的輸出
螺栓模型的安全性計算
3.結論
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綁定、無摩擦與摩擦接觸的對比分析1個月前
圖 1 螺栓螺紋模型的幾何形狀
對幾何模型進行網格劃分。建議在螺栓和孔洞周圍進行網格加密，以提供足夠的離散精度，準確刻畫幾何形狀。采用線性單元，使總節點數低于學術版軟件許可的限制。設置全局網格尺寸為 25 mm，對螺栓和節點區域采用局部網格尺寸 10 mm，對孔洞采用5 mm 的網格尺寸。網格劃分后的模型示意圖如圖 2 所示。
Abaqus纖維復合材料螺栓連接件拉伸模型
顯示動力學
內插0厚度cohesive以模擬層間分層
復合材料采用VUMAT子程序，內附有cae，inp，puck子程序，操作視頻，ODB等文件
可贈送收集的纖維復合材料相關學習資料，特別適合初學者！
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3.模型處理
實體螺栓模型需要將螺栓設置表面印記，將螺栓的圓柱部分切割出來，建立局部坐標系，加載螺栓預緊力，加載的載荷只能是應力值，結果為預緊力/截面積
4.lsdyna螺栓驗證
建立螺栓模型，加載預緊力的應力之后，看到結果中螺栓被分成兩端，并重合擠壓，得到需要的螺栓預緊力，所以需要考慮設置中shear and bending
5.動力松弛+螺栓預緊力
（與KISSsoft 2025里計算所需的預緊力相匹配）
一、在ANSYS Workbench 2023軟件中將螺栓按梁模型和梁連接兩種方式進行連接。
螺栓連接：導入模型后，軟件自動識別螺栓零件，并與周邊零件建立裝配關系，如圖4所示。
4.約束條件：選擇底座板與主臂焊接平面，定義固定約束，如圖5紅色區域。
5.載荷定義：選擇托架上端兩個副臂滾輪接觸區域，如圖5所示的兩個綠色區域。
在前文提及的，被夾緊件兩側等效變形區軸向剛度計算 和 被夾緊件計算偏心距Ssym已經計算完成條件下，對螺栓彎曲應力的計算梳理如下：
一：將螺栓彎曲問題計算模型簡化：
? 螺栓桿為可變形體；
? 螺栓頭/螺母理解為剛性體；
? 兩側被連接件抽取等效變形體為兩個壓縮彈簧；
二：螺栓擰緊過程的變形過程如下圖所示:
螺栓在初始預緊力Fn作用下，軸向壓縮兩側被連接件。
為了獲得摩擦行為的精確建模，使用Hashiguchi摩擦模型。在螺栓頭和上板之間，以及螺栓螺紋和螺母螺紋之間設置相互接觸作用。同時，根據試驗測試的數據結果，展示了不同的Hashiguchi參數組合對螺栓自松動的影響。
Hashiguchi摩擦參數的選擇基于所需的摩擦行為。為了模擬非線性摩擦作用，分別根據預期的最大和最小摩擦力值設置靜態和動態摩擦系數。
首先，對于一般螺栓連接夾緊模型，可以參考VDI2230關于變形錐和變形套筒的分割方式，在被夾緊件的螺栓兩側分別劃分出等效變形體。
螺栓預緊力加載全攻略10個月前
（二）解決辦法大盤點
1.添加局部坐標法：第一種解決辦法是給模型的螺栓預緊力添加局部坐標，把坐標的 Z 方向設為拉伸方向。這么做之后，螺栓會在局部坐標的 XY 平面被切割成兩部分，就能得到正確結果啦。這就像是給螺栓的 “切割” 過程設定了一個特定的規則，讓它按照我們期望的方式進行。
