abaqus螺栓簡化
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
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在實際情況下，很多結構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力，圖1為某結構連接螺栓簡化的beam梁應力云圖，沒有接觸應力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結構帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結果（圖3）：
圖3 計算結果
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置跟實際螺紋形狀有關聯的參數，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果，又節省了時間專注進行其他的分析設置。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為某結構直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結構直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
展開 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 abaqus Python批量自動識別螺栓加載螺栓預緊力，代碼見下，能自動識別與默認XYZ坐標軸方向相同的螺栓，基于網格單元法向確定螺栓力加載方向，無需手動指定方向,自動建立Surface set。step1-bolt建立螺栓力，step2批量修改保持螺栓長度。
對于個人研究者來說，要進行實船水下爆炸研究存在著巨大的困難，因此一種普遍的做法是采用簡化船體梁結構進行研究。在正式進行水下爆炸實驗之前，通過模態分析的方法來考察所設計的簡化船體梁結構的合理性具有重要意義。
本文參考了Zhou等人發表的論文[1]，利用Abaqus、iSolver軟件對其中的簡化船體梁結構進行了模態計算，主要對水下爆炸中備受關注的一階垂向模態結果（干、濕）進行了對比，以評估自主有限元軟件iSolver在計算精度、可靠性和便利性等方面的表現。
1 模型介紹
根據論文提供的信息，建立如下所示的簡化船體梁結構模型：長2.8米，寬0.3米，高0.08米，板厚0.003米。結構材料采用Q235。
2 干模態的計算與對比
干模態的計算中，在Abaqus和iSolver使用相同的設置。Q235的密度取7850 kg/m^3,楊氏模量取2.1e11 Pa，泊松比取0.3。結構有3700個S4R單元。具體如下圖所示。
結果對比如下所示：
3 濕模態的計算與對比
濕模態的計算中，在Abaqus使用聲學單元建立水域，在iSolver直接使用軟件內置的施加虛擬流體質量設置（用戶手冊第4.14節）。結果對比如下所示：
4 結論
綜合上述對比，iSolver軟件計算結果分別在干、濕模態方面均與文獻結果、Abaqus計算結果展現出高度的吻合性，具有精度高、可靠性好的優點。且內置了施加虛擬流體質量的功能，對于船舶濕模態的計算更具有便利性，在不需要對水域進行建模的情況下，取得了比Abaqus更貼近實驗的結果，十分適合用于船舶行業的模態分析。
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ABAQUS 螺栓連接非線性分析案例10個月前
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與螺栓預緊相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握靜力學分析相關的材料參數設置
3、理解螺栓連接的分析步的建立
4、學習螺栓連接接觸分析的相互關系的設置
5、了解靜力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
<p>Abaqus常用螺栓連接簡化建立一般采用“螺栓頭部耦合近似+螺栓牙部耦合近似+參考點剛性梁單元連接”的方式，為方便工程簡便操作，本文提供插件：螺栓頭部耦合建立插件“buildCouplingByPointAndEdgesLoopStep”、牙部耦合建立插件“buildCouplingByOnlyFacesLoopStep”、剛性梁插件“boltOn2RP”。
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你會得到什么：
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2、掌握靜力學分析相關的材料參數設置
3、理解螺栓連接的分析步的建立
4、學習螺栓連接接觸分析的相互關系的設置
5、了解靜力學網格的劃分
6、學習螺栓預緊載荷的施加
7、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為
0 引言
在現代海戰中，水下爆炸是一種用以擊沉敵艦的至關重要的戰術手段。各個海洋強國都極為重視對船舶在水下爆炸的損傷機制進行研究，但政府主導的一些實船研究通常并未公開發表。對于個人研究者來說，要進行實船水下爆炸研究存在著巨大的困難，因此一種普遍的做法是采用簡化船體梁結構進行研究。在正式進行水下爆炸實驗之前，通過模態分析的方法來考察所設計的簡化船體梁結構的合理性具有重要意義。
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1.打開abaqus界面，在右側的模型樹中右鍵點擊部件，選擇導入，然后找到要導入的文件模型，再彈出的對話框中，點擊確定，即將模型部件導入
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<p> 螺栓預緊力是屬于裝配載荷中的一類，它可以用來仿真結構中緊固件上的載荷。通常施加在用戶定義的預拉伸截面上。總體而言預緊的螺栓分類兩類：1D螺栓、3D螺栓。</p><p> 輸入文件用法∶使用以下選項定義通過梁或者桿單元模擬的緊固件上的裝配載荷。本案例重點講解如何創建1D螺栓預緊力。</p><p><br><
