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關注創建者:安世亞太 創建時間:2019-10-17
螺栓模擬的視頻教程
ABAQUS螺栓連接T 型鋼節點滯回模擬
ABAQUS螺栓連接T 型鋼節點滯回模擬 課程標簽:T型剛節點、滯回曲線、ABAQUS模擬、螺栓連接 課程主要內容: 購買課程后請在課程下方下載取課程相關資料。 相關課程推薦:ABAQUS鋼管混凝土柱—鋼梁節點抗震性能模擬
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螺栓模擬的實例教程
來源:仿真學習與應用
螺栓連接是結構連接的一種主要方式,在CAE分析中經常遇到,針對不同的情況,通常我們會采取不同的方法來處理。螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。
(1)建立三維實體的螺栓模型,包括螺紋結構;
(2)建立三維實體的螺栓模型,忽略螺紋結構;
(3)建立三維實體的螺栓模型,由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設置螺紋接觸;
(4)利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。
本次以梁單元模擬螺栓為例,簡單闡述其應用。利用梁單元模擬螺栓與實體螺栓相比優勢比較明顯,模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易,同時梁單元也能有效反應螺栓的受力情況,在很多情況下比較適用。
螺栓的模擬通常需要考慮預緊力的作用,利用CAE方法模擬螺栓預緊力的過程主要由三個載荷步完成,下面的例子會涉及。
建立如下所示的模型,三個部件,兩塊板和一根梁,其中梁是一個3D wire,建立一條線即可。
圖1
材料屬性定義的時候,梁單元需要指定梁截面,如下圖所示。
圖2
梁的截面形狀可以根據需要指定,本次為圓形截面,半徑為10,如下圖所示。
圖3
同時,梁單元還需要指定方向,通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation,給出其中的n1向量,這里注意,梁的軸向是由向量t表示的,n1和n2兩個向量決定梁截面,其中t向量和n1、n2兩個向量決定的平面垂直。
本次定義n1向量為0,0,-1,最終梁的方向定義完成如下所示。
圖4
之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關位置建立MPC連接,如下所示。
圖5
梁單元的兩端節點分別與螺栓螺帽位置處的節點進行MPC連接,連接形式可以由多種,這里選擇Beam連接。
展開 這種方式需要預先在Part功能模塊中創建一維(wire)部件,并為其設置相應的梁單元截面屬性,之后才能在Interaction功能模塊中創建MPC約束,完成螺栓的模擬。
這種模擬方式下,MPC單元只在Interaction功能模塊中可見,但是其不影響計算的結果,且在后續的后處理模塊中可以打開一維單元顯示開關將其顯示出來。
ABAQUS模擬螺栓連接的方法.pdf
螺栓連接在有限元計算中是一個老生常談的話題了,對于一個產品,在裝配的時候會有很多螺栓,但在很多時候,我們關注的是結構的整體強度,這時我們在對產品進行有限元分析時,就沒有必要將所有螺栓進行實體建模,在Workbench中就提供了一種模擬螺栓連接的簡便方法,下面就與大家共同探討一下,如何在Workbench中進行螺栓連接的模擬。
將模型導入到Workbench,在DM中打開,如圖1,兩個孔處即是螺栓孔,在DM中我們通過Tool>Mid-Surface工具對其進行抽取中面(這里抽取中面是為了簡化計算),如圖2。
圖1
圖2
我們采用static structural模塊進行分析,在Engineering Data中定義結構鋼和鋁合金材料,兩塊板為鋁合金材料,螺栓為結構鋼材料。
進入Model模塊,在Connections選項中Insert>Beam,通過Beam連接我們就可以模擬螺栓連接,在Beam連接的詳細設置中,Material為螺栓材料,Radius為螺栓半徑,Scop表示連接類型,這里保持默認,表示體與體進行螺栓連接,我們可以在Reference與Mobile下的Scope中一次選擇螺栓孔的邊線,選擇后坐標數據自動填充,如圖3這樣即可定義螺栓連接,如圖4.
圖3
圖4
接下來我們進行網格劃分,添加約束,與載荷。通過Beam連接模擬的螺栓同樣可以添加螺栓預緊力,添加方法如下,插入Bolt Pretension,在Scoping Method下選擇通過Beam連接方式施加預緊力,并選擇相應的Beam連接,在preload處施加預緊力,如圖5。
圖5
對與螺栓預緊力的加載,我們通過兩個載荷步施加,在第一載荷步上加載預緊力,第二載荷步將預緊力鎖死,如圖6。
展開 有些朋友對模擬螺栓連接的具體細節還不是很清楚,在這里再次總結一下
1219.JPG
對第三種方法:Rigid + Beam + Rigid ;下面介紹一種操作步驟,當然也有其他的步驟可以實現
0319.JPG
第一步,create rigid (spider)
Create_rigid.gif
第二步:create beam
Create_beam.gif
第三步:編輯beam初始方向(必須定義該方向,雖然對于圓型截面沒有任何意義) . 該必須在平行于section所在平面.注意觀察一下,修改該方向之后,section有何變化(白色線框)
orientation.gif
這次的模型純粹是為了演示的目的,beam的截面選擇矩形也是為了方便說明orientation的作用.實際中一般應采用圓形截面.另附上模型數據
0321.rar
展開 我在abaqus中做了模擬螺栓的仿真,先是只加了彈性的屬性,做出了一個結果,但是為什么后來我想在原先的基礎上加塑形的屬性時候,總是出現不收斂的情況呢??

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右鍵Static Structural → Insert → Fixed Support
選擇兩個安裝孔內表面 → Apply
?? 如需模擬“單螺栓缺失”,可創建第二個分析工況(Duplicate),只固定一個孔。
方法
前處理
計算時長
螺栓模擬
焊縫模擬
剛度工況最大位移
強度工況最大應力
SimSolid
35分鐘
15分鐘
直接幾何定義
自動創建
然而同學們對這三種方法的應用場景通常不太清晰,進而面對繁雜的螺栓群模擬望而卻步。今天喵星人就帶著大家一起看看這三種方法都有什么使用要點吧!</p><p class="ql-align-center"><strong style="color: rgb(38, 38, 38);">1.
■ 采用Hashiguchi非線性摩擦模型,可以很好的模擬螺栓在剪切載荷下的自松動過程,幫助客戶預測螺栓自松動。
有限元模型建立
分析模型包括電池包殼體、模組以及車身連接支架,與車身安裝處采用rbe2模擬螺栓。通過節點耦合,在rbe2耦合單元主節點處施加激勵,模擬臺架狀態。本文使用聯合仿真進行電池包臺架隨機振動疲勞分析,主要包括單位加速度激勵下應力結果,振動加速度頻譜,疲勞材料及參數設置以及后處理等。根據臺架測試要求,從ZYX三個方向依次進行,時間為21h。
用這種方式可以很方便的模擬螺栓、鉚釘以及點焊等連接關系,如下圖所示為簡單的螺栓模擬。
?
編輯
約束
可以將需要約束的節點通過rbe2或rbe3單元抓取到一起,然后在主節點上施加約束:
?
編輯
如果通過rbe2單元抓取在一起,并且在主節點上約束6個自由度的話,可以與直接在抓取的那些節點上施加全約束等效。
有限元模型的網格劃分
1.3 螺栓預緊
在有限元分析中模擬螺栓預緊力的施加是一個關鍵步驟,特別是對于螺栓連接的結構組件。正確地施加預緊力不僅能夠確保模型的接觸狀態和實際情況相符,還能夠模擬在實際加載過程中螺栓預緊力可能發生的變化。
螺栓有限元模型
1.4 接觸設置
在低多層裝配式鋼結構梁柱節點的有限元分析中,接觸設置是模擬結構實際行為的關鍵。
零部件之間采用coupkin、solid等單元來模擬螺栓連接、焊點連接和粘膠連接。由于車門外板抗凹屬于準靜態分析,可以忽略材料的應變率對分析結果的影響。本文中所有材料的應力應變曲線均通過電子萬能試驗機進行拉伸試驗獲得,有限元模型中材料屬性如表1所示。
表1 主要零部件材料
1.3 邊界條件
移動壓頭至目標點,在壓頭與車門外板之間建立接觸對。接觸對通常選用剛性較大的結構作為主面。
活塞桿端和銷軸使用了直線副,其他銷軸使用了旋轉副,轉動軸承螺栓用襯套模擬,并在履帶與地面及鏟斗與地面設置了接觸,使用腳本進行仿真,進而獲取真實的運動。
根據測試及經驗,團隊確定了兩種載荷工況。一種是轉動-碰撞,能夠產生側向載荷;一種是釋放-抓取,能夠產生縱向載荷。
這樣,可使用上述屬性,在CATIA靜力學線性模塊中使用接觸模擬螺栓緊固過程,計算消隙力。
接近實際方法幾何模型如圖2所示,在圖3所示某副車架U型開檔有限元模型的基礎上,繼續劃分套管、螺栓和螺母實體網格[4]。

