螺紋分析
關(guān)注創(chuàng)建者：笛聲 創(chuàng)建時間：2020-05-12
螺紋分析的視頻教程
螺紋分析的實例教程
在實際情況下，很多結(jié)構(gòu)都采用螺栓連接的方式，如何考慮螺栓連接、對連接螺栓的分析計算是個難點。目前的常規(guī)做法通常有兩種：1.簡化，用RBE2和beam梁來代替螺栓，這樣不能反映連接螺栓真實應(yīng)力，圖1為某結(jié)構(gòu)連接螺栓簡化的beam梁應(yīng)力云圖，沒有接觸應(yīng)力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結(jié)果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網(wǎng)格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結(jié)構(gòu)帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結(jié)果（圖3）：
圖3 計算結(jié)果
那么，有什么好辦法可以不用簡化帶螺紋螺栓，不用直接做出帶螺紋螺栓，又能得到足夠精確的結(jié)果？
運用大型通用非線性有限元分析軟件Abaqus，只需要在接觸定義中設(shè)置跟實際螺紋形狀有關(guān)聯(lián)的參數(shù)，如牙角、螺距、螺栓小徑等，就可以模擬真實的連接螺栓接觸狀況。既可以得到足夠精確的分析結(jié)果，又節(jié)省了時間專注進(jìn)行其他的分析設(shè)置。如圖4，為連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓：
圖4 連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓
圖5為某結(jié)構(gòu)直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結(jié)構(gòu)直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
展開 通過模擬實際螺栓擰緊過程對螺栓施加預(yù)緊力， 通過物理規(guī)律推導(dǎo)螺栓預(yù)緊力與擰緊力矩之間的關(guān) 系，對比仿真結(jié)果和理論計算數(shù)據(jù)驗證了模型的正確性，同時通過仿真結(jié)果可以直觀看出螺紋牙的載荷分 布不均勻現(xiàn)象，如圖 7 所示。
3 螺紋連接松動瞬態(tài)動力學(xué)仿真分析
3.1 瞬態(tài)動力學(xué)分析前處理
對螺紋連接結(jié)構(gòu)使用瞬態(tài)動力學(xué)進(jìn)行松動仿真分 析，本文中螺紋連接結(jié)構(gòu)橫向振動試驗仿真分為兩種 類型，第一種振動循環(huán)次數(shù)多，用于觀察螺栓預(yù)緊力 的減小與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系；第二種振動次數(shù)少， 但分析子步較多，用于分析螺紋連接結(jié)構(gòu)的松動原理。為了改善瞬態(tài)動力學(xué)模塊中非線性計算的收斂特 性，將被連接件設(shè)置為剛體。接觸設(shè)置除了靜力學(xué)中 的 4 處接觸外，新增一處接觸，螺栓外表面和被連接 件孔內(nèi)表面之間的接觸。在振動分析中螺栓預(yù)緊力加 載也在瞬態(tài)動力學(xué)中進(jìn)行，約束設(shè)置分為兩個部分， 第一部分約束設(shè)置和靜力學(xué)中仿真分析螺栓預(yù)緊過程 一致，第二部分釋放螺栓和螺母的約束，被連接件使 用遠(yuǎn)程位移約束添加振動位移。分析分兩步，第一載 荷步用于加載預(yù)緊力，初始時步 0.6 s，最小時步 0.02 s， 最大時步 1 s；第二載荷步用于施加振動載荷，初始時 步 0.1 s，最小時步 0.01 s，最大時步 1 s。
3.2 仿真分析結(jié)果
螺紋連接結(jié)構(gòu)有限元模型在瞬態(tài)動力學(xué)仿真分析 過程中的力收斂曲線如圖 8 所示。
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螺紋嚙合接觸分析
該示例問題演示了2-D到3-D分析的能力和優(yōu)點，這些問題需要將2-D模型解擴展到相應(yīng)的擠出3-D實體。
重點介紹了以下特性和功能：
• 將二維模型擠出為三維模型（EEXTRUDE）。
• 將解變量從二維網(wǎng)格映射到新的三維網(wǎng)格，并重新平衡結(jié)果（MAP2DTO3D）。
• 通過多幀重啟繼續(xù)分析三維模型
介紹
螺紋管接頭在石油、天然氣和海上管道應(yīng)用中很常見。它們在管道頻繁耦合和分離的環(huán)境中連接管道。連接器必須能夠承受苛刻的操作條件，因為它們通常承受內(nèi)部壓力、軸向拔出、彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。
即使在可能的情況下，使用三維模型開始螺紋連接模擬也是困難且耗時的。軸對稱載荷很重要，很難通過接觸來解決，而螺紋連接的詳細(xì)檢查通常需要精細(xì)的網(wǎng)格。
由于加載的前幾個階段（如內(nèi)壓和軸向拔出）本質(zhì)上是軸對稱的，并且導(dǎo)致非軸對稱變形（如彎曲）的載荷發(fā)生在稍后，因此可以使用Mechanical APDL的2-D到3-D分析功能在分析的早期執(zhí)行更簡單的2-D分析，隨后進(jìn)行一般的3-D分析。
2-D到3-D分析包括將2-D變形網(wǎng)格擠出到新的3-D網(wǎng)格。該程序根據(jù)需要更新數(shù)據(jù)庫，根據(jù)需要生成接觸單元，并將邊界條件、載荷和節(jié)點溫度從二維網(wǎng)格傳遞到擠出三維網(wǎng)格。該程序?qū)⑺星蠼獾淖兞浚ü?jié)點和單元解）映射到新的三維網(wǎng)格，并自動重新平衡三維模型的解。然后，可以通過多幀重啟動，根據(jù)需要應(yīng)用非軸對稱加載，繼續(xù)對三維模型進(jìn)行分析。
問題描述
以下是本示例問題中使用的螺紋連接模型的幾何結(jié)構(gòu)：
分析分為三個步驟：
• 第1步：求解內(nèi)部壓力和端蓋載荷下的二維軸對稱螺紋連接模型。
• 第2步：將二維軸對稱模型轉(zhuǎn)換為完整的三維模型。
展開 套管偏梯形螺紋接頭有限元分析.pdf
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本案例為CAE文件，螺栓和螺母材質(zhì)為TC4，材料本構(gòu)為JC，載荷為位移加載，螺栓和螺母的螺紋配合后，將螺母一端固定，在螺栓一端施加拉伸位移，直至螺紋破壞，從而得到螺紋破壞時的最大載荷
更好地了解由于組裝和服務(wù)中加載而產(chǎn)生的連接行為
‐ 失效模式預(yù)測和評估
‐ 洞察超出設(shè)計條件的行為
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise
法蘭連接接觸分析
輸入條件
模型幾何參數(shù)、螺栓預(yù)緊力、內(nèi)壓
仿真流程
結(jié)果與效果
緊固件承載情況，法蘭應(yīng)力水平等
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螺紋連接結(jié)構(gòu)松動分析方法研 究[J].
|螺紋連接:工程校核考慮》會發(fā)現(xiàn)，僅僅這樣就給出校核結(jié)果過于草率
在文章中，根據(jù)螺栓可能的失效模式，給出了以下幾部分需要校核的內(nèi)容
①螺栓預(yù)緊時光桿應(yīng)力<材料屈服強度②螺栓加載時光桿應(yīng)力<材料屈服強度③被連接件夾緊壓力>密封壓力④螺栓應(yīng)力幅<螺栓拉伸疲勞極限⑤螺栓最大拉應(yīng)力<材料抗拉極限⑥被連接件摩擦力>橫向剪切力⑦螺栓剪切應(yīng)力<材料剪切強度⑧嚙合長度、表面壓潰、螺栓松動等
根據(jù)上述校核需求
以下是分析結(jié)束時螺紋區(qū)域的接觸壓力圖：
由于彎曲，螺紋連接僅在一側(cè)承受大部分載荷。
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