螺栓接頭的案例
Abaqus復合材料螺栓接頭的失效分析
螺栓接頭是由碳纖維增強聚合物材料(CFRP)制成的兩個平板組成，兩個板具有相同的8層布局（對稱），并且使用堆疊的連續殼單元建模。層失效是通過Hashin失效準則作為損傷初始和斷裂能量作為損傷演化的建模。
幾何
三個Part實例，其中兩個為150x25x3.8 mm 的CFRP平板，一個為M14的Steel螺栓。如下圖所示，螺栓直徑比平板孔直徑小0.5mm。
圖1 : 復合板（左）和螺栓（右）
材料
鋼螺栓：楊氏模量210e3 MPa，泊松比0.3，密度7850e-12 ton/mm3
復合板：由多個與負載方向和板長度方向不同的多個單向（UD）層構成，詳細的CFRP復材參數如下圖。
圖2 : CFRP 材料建模 (彈性屬性, Hashin準則初始, 斷裂能量演化)
損傷失效建模，對 Abaqus 的 CFRP 復合損傷進行建模，需要綜合兩個建模方面對材料退化：失效萌生Failure initiation和失效演化failure evolution。依賴于第一層失效標準（first ply failure criteria），針對層失效用戶可以評估復合結構為FAIL/PASS。此評估是最保守的評估，其根據第一層失效準則，依賴于純后處理生成的失效包絡，這些標準不允許材料退化或單元刪除。
展開 SolidWorks 案例研究 | 壓力容器的疲勞分析
3、運行熱力算例
4、完成熱力分析后，進行熱應力分析
圖解顯示，壓力容器得熱應力非常高，最大值接近821Mpa，已經超出了材料的屈服極限505Mpa，但我們可以觀察到超出屈服極限的應力位于螺栓頭和螺母的連接部位附近。由于這是假定的螺栓接頭的位置，因此這個部位的應力集中是不真實，將它忽略。容器其他部分由熱引發的應力相對而言很弱小。
5、運行靜態壓力算例
通過圖解我們可以看到壓力容器得熱應力非常高，最大值接近1034Mpa，已經超出了材料的屈服極限505Mpa。同樣我們可以觀察到超出屈服極限的應力位于螺栓頭和螺母的連接部位附近。由于這是假定的螺栓接頭的位置，因此這個部位的應力集中是不真實，將它忽略（這里可能需要對螺栓接頭進行更詳細的仿真）。
6、查看應力結果的細節
縮放視圖至高應力區域，探測這些關鍵區域的數據。遠離應力集中區域的應力都小于材料的屈服極限。對高周疲勞而言，應力必須保持低于材料的屈服極限。
7、創建疲勞分析算例，定義負載為“已定義周期的恒定高低幅度事件”
添加熱應力負載，右鍵單擊【負載】并選擇【添加事件】，在周期中輸入“2000000”。在【負載類型】中選擇【基于零（LR=0）】，這里之所以使用基于零的負載類型，是因為熱載荷分布于0~1471.8W/㎡之間。
添加靜應力負載，在【周期】中輸入“1900000”，【加載比率】輸入“-0.02”，壓力載荷P分布于0.066-3.3Mpa之間。載荷比例與應力比例相似，應力比例的計算公式為R=Smin/Smax，所以載荷比例為LR=Pmin/Pmax=0.066/3.3=0.02。
展開 Solidworks 2009 新功能概述
螺栓接頭的合格/失效指示器
SolidWorks 2009 使您能夠了解某個螺栓接頭能否承受應力。 如果某個螺栓接頭上的應力超過了螺栓的強度，則接頭會變為紅色，并會顯示力的大小，以便于重新設計扣件。
電氣部件庫
可用更為復雜的模型替換 CircuitWorks 創建的部件，從而供 SolidWorks 2009 在隨后的電路板設計中使用。 CircuitWorks 庫允許您定義哪個零件或裝配體用于代表一個部件。
工程圖的其他增強功能
SolidWorks 有許多針對工程圖的增強功能，包括： 支持自定義工程圖標準、在工程圖上全面編輯材料明細表、改進的詳圖定位控制、新的打印選項、自定義線條粗細和樣式以及對草圖開槽出詳圖。
標題欄向導
標題欄向導規范了標題欄信息創建和編輯的步驟。
尺寸轉折
SolidWorks 2009 使用戶能夠按照非常接近相應延伸線的尺寸對一條延伸線進行轉折。
將實體轉換成鈑金
工程師經常創作出初步的實體設計，這些設計將被制作成鈑金零件。 SolidWorks 2009 可對這一過程進行自動化處理。 您可以設計一個實體零件以滿足空間需求，然后指定材料厚度、折彎邊線以及所需切口。 SolidWorks 會自動將零件轉換成鈑金。
塑料零件設計特征 — 唇緣和凹槽以及帶拔模的筋
新功能可以自動創建唇緣和凹槽扣合特征，以便對齊和裝配塑料零件。 當將拔模應用于一個筋特征時，您可以指定與零件其余部分交叉的筋部位的厚度。
工程圖圖紙快速查看和裝入圖紙
“快速查看”使您能夠在打開一個工程圖之前先進行預覽。 “裝入圖紙”使您只用往內存中裝入一張圖紙就能打開工程圖。
裝配體間隙檢查
“間隙檢查”使您能夠檢查某個裝配體內所選部件之間的間距，并且報告不符合指定最小值的間隙。 這個功能是對“乾涉檢查”的補充，也包含在 SolidWorks 2009 中。
展開 車企用Abaqus、CATIA和Isight加速汽車設計
開發高質量螺栓接頭是汽車底盤設計不可或缺的組成部 分。高穩健性接頭相對于連接副車架到轉向節的連桿而 言，了解其設計的人可能更少，但它卻對改進操控、延長 汽車壽命至關重要。接合不嚴，就會惡化對齊不善等質 量問題，從而影響接合組件的耐用性。設計良好的接合 效率更高，能以更小型號的扣件支持更大負載，而且不會脫松。
福特汽車公司的工程師接到了為中型乘用車后懸掛系統 開發高穩健性懸臂式錐形接頭的任務（見下圖）。為了最大限度節約時間和成本，同時滿足功能性目標要求，該團隊用Abaqus for CATIA（AFC）發了自動化實驗設計（DOE）流程用于結構分析，并用Isight進行流程自動化和最優化。
分析錐形接頭性能
螺栓接頭是汽車懸掛最常見的接合方式。在本應用中， 錐形接頭用來連接連桿和后轉向節，采用懸臂式連接。 錐形接頭襯內套和轉向節兩部分相連，每部分對錐角有 獨特的制造公差。
為開發鋼內套和鋁轉向節之間的穩健錐形接頭，要考慮 以下方面：每個部件的生產公差、錐和底座之間的接觸 區域、負載移除后的錐扭矩損失角度。
為進行設計仿真測試，福特工程師采用AFC創建轉向節 和襯內套的有限元模型，并通過CATIA創建的模型獲 得幾何輸入和材料屬性。AFC保持與CATIA模型的相 關性，確保當CAD模型在設計變量變化范圍內變更時 Abaqus模型更新的魯棒性。
在物理組裝流程中，鍛鋼內錐受力緊靠鋁轉向座。由于 不同部件的生產工藝不同，錐設計特性的角度公差不同 于內套和轉向接合表面。
對進行穩健性接觸分析乃至接觸壓力分布分析，內套筒 網格構建為與轉向座網格的配合。為協助接觸面網格的 對齊，另外創建了轉向座“域”（見下圖青色），可簡化接 觸工作。這個部件在Abaqus內通過固連接觸連接到轉 向體其它部分。
展開 
看完這些實例，保證你對ABAQUS有“撥開云霧見青天”的感覺
ABAQUS二次開發在某多管火箭炮掛架設計中的應用
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article77746.htm
基于ABAQUS的減速器齒輪的模態分析
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article88063.htm
基于ABAQUS螺栓接頭的接觸有限元分析
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article87110.htm
基于Abaqus 的二維金屬切削有限元仿真
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article84552.htm
用ABAQUS和Tosca對凸輪軸減震器進行優化設計
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article83151.htm
基于ABAQUS的短圓柱形柔輪諧波齒輪傳動的有限元分析
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article80507.htm
基于ABAQUS的萬向節淬火應力有限元分析與優化設計
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article80199.htm
Abaqus在發動機主軸承孔仿真中的應用
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article78709.htm
Abaqus在大型軋機剛度分析中的應用
http://articles.e-works.net.cn/CAE/Article78493.htm
展開 SOLIDWORKS 2023新增功能 - SIMULATION仿真驗證
? 考慮接觸交互和螺栓接頭，從而實現更好、更精確的剛性幾何體檢測。
優點：通過在運行仿真之前防止出現設置錯誤，更快地獲得仿真結果。
2. 接觸的懲罰剛度控制
? 使用新的接觸懲罰剛度比例因子指定接觸懲罰剛度，從而更輕松快捷地獲得收斂。
? 在線性靜態算例中放寬接觸懲罰剛度比例因子，從而更快地獲得近似解。
優點:在放寬接觸懲罰剛度比例因子時提高收斂速度，從而節省時間。
3. 非面對曲面之間的接合
? 改進曲面到曲面接合算法，從而提高精度。
? 為不相互面對且彼此之間沒有投影區域的面強制執行接合交互。
優點： 從不相互面對的面的交互獲得結果，從而提高精度。
4. 求解器改進
? 利用基于函數的剛度數據交流（取代基于文件的處理），縮短求解時間。
? 利用基于函數的處理功能來處理頻率、扭曲和線性靜態算例，其中包括節點到曲面交互和虛擬墻體定義 。
優點：利用求解器改進提高頻率和扭曲算例求解速度
5. 塑料材料數據庫和報告改進
? 使用制造商提供的全新和更新的材料等級以及最新屬性值，提高仿真精度，同時移除了過時的等級。
? 使用新的增強材料數據庫管理器更輕松地瀏覽材料。
? 利用增強的摘要和報告功能輕松創建更豐富的文檔。
優點:利用最新的材料數據和增強的可用性，提高注塑成型仿真的精度。
展開 案例37-螺栓螺紋分析
該示例問題演示了通過螺栓截面法進行螺栓螺紋模擬的簡化建模技術。該方法以接近真實螺栓模型的精度提供近似結果，但不需要詳細的螺紋幾何結構和精細的網格離散化。螺栓截面法還顯著節省了模擬時間。
突出顯示了以下特性和功能：
• 通過將螺栓截面分配給接觸單元，對2-D/3-D螺栓螺紋進行建模。
• 使用預緊載荷。
介紹
螺栓連接用于將兩個或多個零件固定在一起，以形成機械結構的組件。
為了實現螺栓連接結構的預期物理行為，需要一個詳細的三維螺栓模型，該模型充分包括螺栓預緊效應和接觸界面處的摩擦行為。然而，對于大型復雜結構，由于問題尺寸限制和與分析整個結構相關的計算成本，螺栓連接的詳細建模很困難。
可用于二維和三維接觸單元的螺栓螺紋建模技術提供了簡化的建模，其精度接近于真正的螺栓模型。通過將螺栓截面（由SECTYPE命令定義）指定給覆蓋在光滑圓柱形螺栓表面上的接觸單元，可以模擬螺栓螺紋。為了近似螺栓的行為，根據用戶指定的螺紋幾何數據和螺栓軸的端點（輸入通過SECDATA命令）。
螺栓螺紋建模技術對于系統級建模非常有用，其中主要螺栓功能是傳遞載荷。螺紋區域中沒有幾何細節和精細的網格離散化也使其成為一種計算成本低廉的方法。該技術可應用于三維模型和二維軸對稱模型。
問題描述
螺栓接頭的兩個主要特征是預緊和配合部件接觸。為了模擬螺栓配置，雙頭螺栓M120用蓋子和底板建模。螺栓承受256446 N的預緊載荷，以模擬實際的螺栓現象。定義了三個摩擦接觸對（FCP）：一個在螺紋區域，另一個在螺栓頭和蓋板之間，第三個在蓋板和底板之間。
在對螺栓施加預緊力后，對蓋板的上表面施加50 MPa的壓力載荷（小于等效預緊力載荷）。
展開 錯縫隧道拼裝效應（二）
是不是接頭的抗彎能力較強？
下圖主要表現的是環向與徑向螺栓接頭的壓碎破壞與拉裂破壞：
接下來進行具體分析縱向接頭的力學特性（Behavior of longitudinal joints）定義了“with positive values for joint opening, and negative values for joint closing”.大概意思就是管片外拉內壓，外側容易形成張開，內側混凝土受壓，同樣的道理可以定義外壓內拉。貓咪老師認為可以與混凝土梁做對比來記憶比較方便。受力分析也和變形的混凝土梁類似。
介紹完縱向當然要介紹環向接頭（Behavior of circumferential joints），環向接頭是環與環之間的接頭。這里一定要把環向與徑向接頭的定義搞清楚，貓咪老師在剛接觸接頭時總要搞錯，環向接頭是環與環之間的接頭，縱向接頭是環內管片與管片之間接頭，由于管片的縫是縱向的，所以取名字叫縱向接頭。值得注意的一點，由于管片環之間的卯榫效應，能增強環向接頭的剛度。
At the generalized load P= 236.76 kN (the relative load p =1.53), the tongue-and-groove at 55° and 282° started to engage, resulting in increased circumferential joint stiffness. At 190° and 350°, the tongue-and-groove was deformed due to the high load, accelerating the dislocation.
第三部分分析結果，未完待續。
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 群體智慧：3Dfindit利用AI技術創造60億次模型數據下載
如果選擇螺栓作為接頭，“群體智慧”功能會建議使用開口銷。
如果選擇螺栓作為接頭，“群體智慧”功能會建議使用開口銷。
群體積累的知識可供所有人使用的好處在于，能盡量避免在工程設計過程中產生不必要的錯誤，尤其是因粗心大意而導致的錯誤。3Dfindit中全新的“群體智慧”功能可以防止此類錯誤的發生。如上圖所示，選擇螺栓時，該功能會推薦匹配的螺母和墊圈。
讓知識更易于獲取
每個企業都有在行業內深耕十幾年的老員工，也有剛畢業或完成培訓的新員工。雙方可以相互學習。職場新人缺乏工程技能，但已經適應了數字化轉型，畢業后處理數字系統對他們來說非常容易；而經驗豐富的老員工，雖然數字化知識欠缺，卻擁有多年的工程技能(見下圖)。工程技能只能通過實踐獲取，因此，在45歲時，知識儲備水平是最佳的，工程技能也最強，公司能從這些員工中受益最多。
能夠更快地達到45歲員工這樣的知識儲備水平嗎？可以！3Dfindit提供的數據庫可以讓年輕的工程師從老設計師的專業知識中受益，從而將最佳工程技能的年齡降低至30-35歲。這極大地增加了工業行業的經濟效益。
展開 錯縫隧道數值模擬想法
And the generalized load P is defined as P= 2× (P1-P2) at each loading step, which represented the difference between loads at the top and at the sides of the tested segmental lining.力的步驟設計完以后就是布置測點，這里作者寫了需要測試的四個量
（1） The displacement of the surrounding structure in the radial direction 徑向位移
（2） Internal structural force 內力
（3） Bolt stresses at joints螺栓接頭張拉應力
（4） Joint open 接頭張開量
（5） Joint dislocation錯位量
話說市政院的總工寫過一篇文章《錯縫拼裝下管片寬度對盾構隧道力學行為的影響》是通過有限元方法比較梁彈簧模型與殼彈簧模型的數值分析計算結果。上圖：
梁彈簧模型
殼彈簧模型
彎矩的分布：
從上圖看不出來是用什么有限元軟件做的，但是如果是ABAQUS的話模型就非常好實現，建模要點：最主要是模擬管片接頭與環向接頭，還有地層三個方向的彈簧,通過接觸單元來定義。管片接頭與環向接頭首先定義兩兩接觸點，再根據具體的方向與受力特性施加彈簧，而接地彈簧也是先要通過定義點來完成。
等本周做出來后，貓咪老師會馬上與大家分享，敬請期待。
展開 
螺栓設計評估分析解決方案
螺栓VDI2230（Bolt Assessment inside ANSYS）是在ANSYS軟件WB界面下，基于德國VDI2230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、螺栓評估模塊。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,該工具提出了一種合理的方法和指標以能基于VDI2230規范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，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ANSYSWB界面下，自動顯示出每個螺栓的計算結果。
圖1 功能菜單
圖2 軟件界面
提供完整的螺栓計算分析功能
Bolt Assessment inside ANSYS將VDI2230規范的過程與有限元計算進行了結合，提供了完整的螺栓計算分析功能：
1、模型信息的識別：支持采用“梁”及“實體”建立的螺栓模型，
l 梁螺栓模型：支持等效截面或變截面
圖3 梁模型截面
l 實體螺栓模型：根據用戶選擇的螺栓實體，可自動識別關鍵幾何（承壓面）及幾何參數（公稱直徑及螺栓長度），并支持修改。
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 螺栓設計評估分析解決方案
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編者按
Bolt Assessment inside ANSYS將VDI2230規范的過程與有限元計算進行了結合，提供了完整的螺栓計算分析功能，解決了螺栓VDI2230規范中的一些缺陷。
螺栓VDI2230（Bolt Assessment inside ANSYS）是在ANSYS軟件WB界面下，基于德國VDI2230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、螺栓評估模塊。
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，該工具提出了一種合理的方法和指標以能基于VDI2230規范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，允許用戶快速識別出關鍵螺栓。
展開 碳纖維復合材料結構設計要點
螺栓連接接頭
6. 快速擺動
沖擊損傷
對于碳纖維復合材料結構，一般應將CAI強度（沖擊后壓縮強度）作為設計參數之一。飛機上確定損傷容限就是這么考慮的。損傷容限就是部件中允許的損傷范圍，如果超出這個限度，損傷將會顯著影響部件的性能。碳纖維復合材料的沖擊損傷容限必須在可檢測到的范圍內，作為設計參數之一加以考慮。
即使存在肉眼不可見的損傷，也要確保結構不發生CAI強度的下降。改善沖擊損傷的損傷容限，可以在碳纖維材料中加入芳綸纖維或者玻璃纖維。
