abaqus設計螺栓的案例
Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接 附基于ABAQUS對螺栓斷裂問題仿真分析下載
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帶螺紋螺栓接觸應力分析淺析 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應力分析淺析
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 abaqus Python批量自動識別螺栓加載螺栓預緊力
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。
Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
螺栓設計評估分析解決方案
圖4 實體螺栓模型
2、螺栓數據庫：提供了完整的螺栓及螺母數據庫，用戶在進行螺栓設置時可直接采用數據庫中的參數，支持通孔及盲孔兩種類型
3、螺栓參數及載荷的施加：可方便的施加螺栓預緊力或預緊力矩，并可以通過輸入嵌入量自動計算預緊力的損失
圖5 預緊力或預緊力矩施加
4、預緊歷史的定義：疲勞評估可以通過勾選不同的載荷步選定循環載荷。
圖6 預緊歷史定義
5、螺栓各安全因子的評估計算及后處理云圖顯示
l 抵抗屈服強度的安全因子
l 抵抗滑移的安全因子
l 抵抗接觸面壓力的安全因子
l 抵抗疲勞的安全因子
圖7 抵抗滑移能力的最危險螺栓
圖8 安全因子
用戶價值
該工具的價值主要體現在以下幾個方面：
（1）VDI2230螺栓計算準則在實踐領域應用已經超過30年，獲得廣泛的認可，是世界范圍內螺栓計算的主要參考，特別是使用高強度螺栓的承受靜態或交變工作載荷的螺栓連接。
（2）VDI2230螺栓計算準則考慮了螺栓連接的各種實際情況，如：偏心、橫向力、嵌入及擰緊方式等。
（3）VDI2230螺栓計算準則包含了螺栓連接領域最新成果，推薦系統的計算方法，幫助設計分析人員正確設計并校核螺栓。
（4）VDI2230螺栓計算準則通過一些簡單的、對稱的和相對的剛性的連接體施加簡單工作載荷分析就可以獲得結構零件和螺栓連接設計中的基本變量，將復雜的系統簡化成便于分析的模型。
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螺栓設計評估分析解決方案
▲ 圖4 實體螺栓模型
② 螺栓數據庫：提供了完整的螺栓及螺母數據庫，用戶在進行螺栓設置時可直接采用數據庫中的參數，支持通孔及盲孔兩種類型
③ 螺栓參數及載荷的施加：可方便的施加螺栓預緊力或預緊力矩，并可以通過輸入嵌入量自動計算預緊力的損失
▲ 圖5 預緊力或預緊力矩施加
④預緊歷史的定義：疲勞評估可以通過勾選不同的載荷步選定循環載荷。
▲ 圖6 預緊歷史定義
⑤ 螺栓各安全因子的評估計算及后處理云圖顯示
■ 抵抗屈服強度的安全因子
■ 抵抗滑移的安全因子
■ 抵抗接觸面壓力的安全因子
■ 抵抗疲勞的安全因子
▲ 圖7 抵抗滑移能力的最危險螺栓
▲ 圖8 安全因子
用戶價值
該工具的價值主要體現在以下幾個方面
■ VDI2230螺栓計算準則在實踐領域應用已經超過30年，獲得廣泛的認可，是世界范圍內螺栓計算的主要參考，特別是使用高強度螺栓的承受靜態或交變工作載荷的螺栓連接。
■ VDI2230螺栓計算準則考慮了螺栓連接的各種實際情況，如：偏心、橫向力、嵌入及擰緊方式等。■ VDI2230螺栓計算準則包含了螺栓連接領域最新成果，推薦系統的計算方法，幫助設計分析人員正確設計并校核螺栓。
■ VDI2230螺栓計算準則通過一些簡單的、對稱的和相對的剛性的連接體施加簡單工作載荷分析就可以獲得結構零件和螺栓連接設計中的基本變量，將復雜的系統簡化成便于分析的模型。
展開 螺栓VDI2230設計分析
概述
螺栓VDI2230（Bolt Assessment inside ANSYS）是在ANSYS軟件WB界面下，基于德國《VDI 2230系統計算高應力連接螺栓評估規范》形成的螺栓建模、關鍵參數分析和計算、螺栓評估工具。VDI2230規范既能通過理論和經驗公式、數據來評價單個同心或偏心夾緊圓柱螺栓接頭，也可實現多個系統的計算螺栓連接。但在這種方式中，有些參數很難評估給出，并且用戶經常做額外的假設，會導致有較高的安全系數，設計的域度過大。為了更好地計算螺栓的荷載并能夠更準確的評估，安世中德開發了螺栓VDI2230設計分析工具。
Bolt Assessment inside ANSYS在有限元仿真分析計算方法的基礎上，提出了一種合理的方法和指標，使用戶能基于VDI 2230利用有限元仿真結果評估螺栓。螺栓的重要參數，如強度等級、螺栓或孔的直徑可由用戶定義，在求解過程中，有限元計算值和用戶定義的參數可傳遞給螺栓設計計算模塊-Kisssoft，計算出不同階段下的校核解，這些計算結果可直接顯示在ANSYS界面上，并允許用戶快速識別出關鍵螺栓。此外，計算所生成的報告將保存在ANSYS WB界面下，自動顯示出每個螺栓的計算結果。
Bolt Assessment inside ANSYS集成于ANSYS，提供了高效可靠的螺栓建模、關鍵參數分析和計算、螺栓評估功能，為高強度螺栓設計和分析提供了非常專業的仿真與設計結合的解決方案。
2.
展開 10種經典的螺栓防松設計，趕快收藏！
機械設備中螺栓連接一旦松懈，會引起螺栓脫落導致重大安全隱患，或螺栓松弛預緊力下降導致螺栓連接疲勞壽命大大縮短。因此在設計中要選用適當的防松措施保證螺栓在實際使用中不松脫。
設計中常用的防松措施有如下幾種：
1、雙螺母
雙螺母防松也稱對頂螺母防松，當兩個對頂螺母擰緊后，兩個對頂的螺母之間始終存在相互作用的壓力，兩螺母中有任何一個要轉動都需要克服旋合螺紋之間的摩擦力。即使外載荷發生變化，對頂螺母之間的壓力也一直存在，因此可以起到放松作用。
2、自鎖螺母
自鎖螺母一般是靠摩擦力，其原理是通過壓花齒壓入鈑金的預置孔里，一般方預置孔的孔徑略小于壓鉚螺母。運用螺母與鎖緊機構相連，當擰緊螺母時，鎖緊機構鎖住螺栓螺紋。
內嵌尼龍自鎖螺母
變形螺紋防松螺母
楔子與錘子二合一的螺母
楔子作用防松螺母
3、螺紋鎖固膠
螺紋鎖固膠是由(甲基)丙烯酸酯、引發劑、助促進劑、穩定劑(阻聚劑)、染料和填料等按一定比例配合在一起所組成的膠黏劑。
4、開口銷
螺母擰緊后，把開口銷插入螺母槽與螺栓尾部孔內，并將開口銷尾部扳開，防止螺母與螺栓的相對轉動
5、開槽螺母
開槽螺母與螺桿帶孔螺栓和開口銷配合使用，以防止螺栓與螺母相對轉動。
6、串聯鋼絲防松
串聯鋼絲防松是將鋼絲穿入螺栓頭部的孔內，將各螺栓串聯起來，起到相互牽制的作用。這種防松方式非常可靠，但拆卸比較麻煩。
7、預緊
高強度螺栓連接一般是不需要額外施加防松措施的，因為高強度螺栓一般都要求施加一個比較大的預緊力，這么大的預緊力使螺母與被連接件之間產生強大的壓力，這種壓力會產生阻止螺母轉動的摩擦扭矩，因此螺母不會松脫。
8、止動墊片
螺母擰緊后，將單耳或雙耳止動墊圈分別向螺母和連接件的側面折彎貼緊，即可將螺母鎖住。
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若兩個螺栓需要雙聯鎖緊時，可采用雙聯制動墊圈，使兩個螺母相互制動。
9、彈簧墊圈
開口彈簧墊圈
錐形彈性墊圈
10、雙疊自鎖墊圈
文章來源：機械設計
10種經典的螺栓防松設計，趕快收藏！
來源丨 金屬加工，網絡
編者按
機械設備中螺栓連接一旦松懈，會引起螺栓脫落導致重大安全隱患，或螺栓松弛預緊力下降導致螺栓連接疲勞壽命大大縮短。因此在設計中要選用適當的防松措施保證螺栓在實際使用中不松脫。
設計中常用的防松措施有如下幾種：
1、雙螺母
雙螺母防松也稱對頂螺母防松，當兩個對頂螺母擰緊后，兩個對頂的螺母之間始終存在相互作用的壓力，兩螺母中有任何一個要轉動都需要克服旋合螺紋之間的摩擦力。即使外載荷發生變化，對頂螺母之間的壓力也一直存在，因此可以起到放松作用。
2、自鎖螺母
自鎖螺母一般是靠摩擦力，其原理是通過壓花齒壓入鈑金的預置孔里，一般方預置孔的孔徑略小于壓鉚螺母。運用螺母與鎖緊機構相連，當擰緊螺母時，鎖緊機構鎖住螺栓螺紋。
↓↓內嵌尼龍自鎖螺母↓↓
↓↓變形螺紋防松螺母↓↓
↓↓楔子與錘子二合一的螺母↓↓
↓↓楔子作用防松螺母↓↓
3、螺紋鎖固膠
螺紋鎖固膠是由（甲基）丙烯酸酯、引發劑、助促進劑、穩定劑（阻聚劑）、染料和填料等按一定比例配合在一起所組成的膠黏劑。
4、開口銷
螺母擰緊后，把開口銷插入螺母槽與螺栓尾部孔內，并將開口銷尾部扳開，防止螺母與螺栓的相對轉動
5、開槽螺母
開槽螺母與螺桿帶孔螺栓和開口銷配合使用，以防止螺栓與螺母相對轉動。
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10種經典的螺栓防松設計，趕快收藏！
來源丨 金屬加工，網絡
機械設備中螺栓連接一旦松懈，會引起螺栓脫落導致重大安全隱患，或螺栓松弛預緊力下降導致螺栓連接疲勞壽命大大縮短。因此在設計中要選用適當的防松措施保證螺栓在實際使用中不松脫。
設計中常用的防松措施有如下幾種：
1、雙螺母
雙螺母防松也稱對頂螺母防松，當兩個對頂螺母擰緊后，兩個對頂的螺母之間始終存在相互作用的壓力，兩螺母中有任何一個要轉動都需要克服旋合螺紋之間的摩擦力。即使外載荷發生變化，對頂螺母之間的壓力也一直存在，因此可以起到放松作用。
2、自鎖螺母
自鎖螺母一般是靠摩擦力，其原理是通過壓花齒壓入鈑金的預置孔里，一般方預置孔的孔徑略小于壓鉚螺母。運用螺母與鎖緊機構相連，當擰緊螺母時，鎖緊機構鎖住螺栓螺紋。
↓↓內嵌尼龍自鎖螺母↓↓
↓↓變形螺紋防松螺母↓↓
↓↓楔子與錘子二合一的螺母↓↓
↓↓楔子作用防松螺母↓↓
3、螺紋鎖固膠
螺紋鎖固膠是由（甲基）丙烯酸酯、引發劑、助促進劑、穩定劑（阻聚劑）、染料和填料等按一定比例配合在一起所組成的膠黏劑。
4、開口銷
螺母擰緊后，把開口銷插入螺母槽與螺栓尾部孔內，并將開口銷尾部扳開，防止螺母與螺栓的相對轉動
5、開槽螺母
開槽螺母與螺桿帶孔螺栓和開口銷配合使用，以防止螺栓與螺母相對轉動。
6、串聯鋼絲防松
串聯鋼絲防松是將鋼絲穿入螺栓頭部的孔內，將各螺栓串聯起來，起到相互牽制的作用。
展開 高強度螺栓疲勞壽命分析與設計改進
圖10 (a) 為螺栓預緊靜止工況的應力分布, 圖10 (b) 為運行至額定轉速的應力分布。
通過比較可知, 改進后的螺栓的應力幅值由原來的 664.534 MPa降低至 116.286 MPa, 應力降幅明顯。通過壽命評估發現, 最危險斷面的壽命大大提高, 由之前的 1062次增加至 2392536次。
事實上, 設計方案改進后, 該燃汽輪機機組的實際運行情況表明, 其風扇座環連接尚未出現螺栓斷裂的情況。
表5 改進方案的螺栓重點斷面應力以及壽命計算
圖10 改進方案螺栓的應力水平
結 語
本研究以實際工程中的某型號燃汽輪機風扇座環連接螺栓斷裂問題為分析對象, 采用了基于有限單元法分析應力并結合疲勞壽命分析的方法, 對該問題進行了研究。
在研究中, 著重分析了各運行工況下的螺栓應力分布以及接觸狀態的變化, 對比分析了高強度螺栓應變疲勞以及 ASME 標準中的應力疲勞曲線, 并對該螺栓進行了壽命分析計算。
在此基礎上, 提出了提高螺栓壽命的設計改進方案, 并通過實際應用驗證了方案的可靠性。
展開 設計仿真 | 基于Marc非線性摩擦模型Hashiguchi評估螺栓松動的方法
螺栓松動背景和機理
螺紋緊固件由于其拆卸和維護非常容易且成本低的原因被廣泛應用于機械結構中，通過使用帶有螺紋緊固件（螺栓桿）的螺栓進行預緊固，將零件或組件（如發動機支架、飛機面板等）連接在一起。
螺栓的剪切強度和預緊力產生的（壓縮）法向接觸力和摩擦力限制了螺栓連接件之間的相對運動。但由于機械振動、溫度載荷或制動和加速等時間變化載荷的作用，通過螺栓連接的組件通常會受到周期性載荷的影響。當這些外部力沿螺栓軸線的垂直方向作用時，由于螺栓預緊力和摩擦力的減小，螺栓可能會因自松動而旋轉。
Hashiguchi非線性摩擦模型介紹
Marc 2024.1引入了由Hashiguchi教授提出的一種新的非線性摩擦模型。使通過用該模型，用戶可以模擬不同類型的非線性摩擦行為。如下圖所示，與傳統的雙線性摩擦模型相比，該摩擦模型可以模擬漸進的非線性滑移行為和從靜摩擦到較低動態摩擦的平穩過渡。此外，該模型還可以模擬物體在由靜態轉變為動態條件下的摩擦恢復效應。
圖1：Hashiguchi摩擦模型參數詳解圖
新模型由5個材料參數和2個附加參數定義，5個材料參數分別是：動靜摩擦系數、摩擦衰減系數、摩擦恢復系數、滑動平滑系數；2個附加參數分別是：最小滑移率，摩擦應力閾值。這些參數使模型能夠涵蓋從雙線性到完全非線性的廣泛摩擦特性，并能夠從彈性（可逆）滑移平滑過渡到塑性（永久）滑移。尤其試用于螺栓自松仿真分析。
圖2：Hashiguchi摩擦模型參數定義
螺栓松動計算案例
Junker試驗通常用于研究橫向振動載荷下螺栓接頭的自松現象。螺栓自松動仿真分析使用M10鋼制螺栓和螺母組件，將上安裝板推到螺栓頭上。
展開 基于ANSYS的汽車發電機連接螺栓布局設計優化
基于ANSYS的汽車發電機連接螺栓布局設計優化
