ansys螺紋仿真分析的案例
CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化1
01 前言
前文通過一些實際現象應該能夠讓大家認識到：螺紋連接的力學行為比表面上看起來更加復雜，因此要使用數值仿真工具對其進行合理地分析并不容易
但不幸的是，這種連接方式恰恰在實際中使用非常廣泛，并且很多時候出現在主傳力路徑上，因此進行裝配體分析，不可避免需要與大量的螺紋連接打交道
雖然筆者目前對于螺紋連接的處理仍然存在一些困惑，但仍希望借文章形式就目前的部分想法和大家進行交流和探討
內容僅代表個人觀點，希望大家有選擇性地參考
02 簡化思路
為什么簡化？
有些小伙伴可能會困惑：“實體螺栓+接觸（不考慮螺紋）”多么完美的處理方式，還有必要簡化么？
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化3
這部分內容在下一篇文章中更新
來源于：仿真求知之路
螺紋連接:仿真分析簡化
01 前言
但不幸的是，這種連接方式恰恰在實際中使用非常廣泛，并且很多時候出現在主傳力路徑上，因此進行裝配體分析，不可避免需要與大量的螺紋連接打交道。
02 簡化思路
為什么簡化?
有些小伙伴可能會困惑:“實體螺栓+接觸(不考慮螺紋)"多么完美的處理方式，還有必要簡化么?
回答當然是肯定的，主要有幾點原因:
①復雜裝配體動輒成百上千的螺栓連接，大量的螺栓連接直接導致費時的接觸對創建工作
有伙伴會說:現在很多軟件可以使用批處理，自動識別接觸對或者通用接觸大幅度縮減這部分工作量
但是，
②螺栓連接涉及接觸非線性問題，非線性的引入使得求解需要迭代，對于大型裝配體，其調試成本，計算時間不容小覷
有伙伴會說:公司電腦擱那放著，啥時候算完啥。時候提取結果，并且用顯式動力學不存在接觸收斂問題
但是，
③顯式動力學雖然不存在接觸收斂問題，其對網格尺寸相當敏感，而螺栓局部特征相對于整體一般較小，直接導致計算量拉跨
有伙伴會說:上超算，開并行，再大計算量都不是問題
但是，
④大部分結構動力學分析基于線性動力學體系，也就是說模態分析，諧響應分析，線性瞬態分析，隨機振動分析，譜分析都不能考慮非線性效應
有伙伴會說:將螺栓預緊后的狀態作為預應力考慮到后續線性動力學工況中
確實這樣在一定程度上是可行的
但是從個人角度，最關心的還是計算量及前后處理的便捷性，因此大部分時間還是會考慮對螺栓連接進行進一步等效處理
簡化什么?
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化2
，如下所示：
由于不同連接范圍對應不同局部變形程度，只要找到最合適的連接范圍，就能從該參數上去修正不同連接方式產生的局部變形程度
為了使得結果更加具有規律性，這里以螺栓孔徑D作為基本值，分別計算rbe2和rbe3連接范圍為1.1D，1.2D，1.3D，1.4D，1.5D，1.6D下接觸面的變形結果：
Rbe2
Rbe3
將不同連接范圍結果的接觸面RMS值與標準RMS值進行繪制：
根據曲線結果，該尺寸模型大致可以估測：rbe2連接方式，耦合范圍約為1.2D~1.25D時局部剛度比較準確；rbe3連接方式，耦合范圍約為1.6D~1.7D時局部剛度比較準確
當然上述初步結論僅僅是基于文中所述模型，還需要進行多輪模型對比才能得到更具有普遍性的規律（并且還未考慮墊圈作用），這里暫不深究
來源于： 仿真求知之路 作者：聰聰
展開 
【靜力分析】Ansys WorkBench “等強度”螺紋聯接之內錐螺母靜力分析 ￥50
長期以來，人們應用普通螺紋聯接時主要考慮螺紋副旋合長度和部分長度的螺紋承受載荷，如果要使螺紋副旋合長度內，全部螺紋承受載荷，需要螺紋副的旋和精度非常高，也會使成本驟漲，于此同時無論是多么高精度的螺紋，都不可避免存在螺旋線誤差和牙型角誤差，不可能使全部螺紋承受載荷。所以需要另辟蹊徑，通過結構設計使得螺紋聯接達到“等強度”的效果。
之前有分析過的錐螺紋聯接，螺栓和螺母上都是有錐度的螺紋，應力集中在前兩圈螺紋上。本次的“等強度”螺紋聯接中螺母是具有錐度的螺紋，而螺栓是普通螺紋。螺栓的下端與內錐螺母的下端（小直徑）旋合在一起，在不受力的情況下，螺母的上端（大直徑）和螺栓的上端是不接觸的，并且從下端到上端間隙逐漸增大；受力后，應力先從下端出現，逐漸延伸到上端。
以下是內錐螺母與普通螺母的螺紋聯接區別，左邊是內錐螺母，截取中間部分螺母和螺栓沒有接觸；而右邊是普通螺母，截取中間部分螺母和螺栓有一側的面是接觸的。
螺紋聯接是復雜曲面，直接導入后打開系統默認無法處理會不予以顯示，需要在導入模型后雙擊Geometry在SCDM中打開生成模型，再雙擊Model進入分析模塊。
模型由三個零件組成，螺栓、內錐螺母（錐度1:100）和墊板。
展開 螺紋連接松動機理有限元仿真分析...
為了驗證 仿真結果的準確性，將理論計算值和仿真得到的結果 做對比，如圖 6 所示。
通過模擬實際螺栓擰緊過程對螺栓施加預緊力， 通過物理規律推導螺栓預緊力與擰緊力矩之間的關 系，對比仿真結果和理論計算數據驗證了模型的正確性，同時通過仿真結果可以直觀看出螺紋牙的載荷分 布不均勻現象，如圖 7 所示。
3 螺紋連接松動瞬態動力學仿真分析
3.1 瞬態動力學分析前處理
對螺紋連接結構使用瞬態動力學進行松動仿真分 析，本文中螺紋連接結構橫向振動試驗仿真分為兩種 類型，第一種振動循環次數多，用于觀察螺栓預緊力 的減小與循環次數之間的關系；第二種振動次數少， 但分析子步較多，用于分析螺紋連接結構的松動原理。為了改善瞬態動力學模塊中非線性計算的收斂特 性，將被連接件設置為剛體。接觸設置除了靜力學中 的 4 處接觸外，新增一處接觸，螺栓外表面和被連接 件孔內表面之間的接觸。在振動分析中螺栓預緊力加 載也在瞬態動力學中進行，約束設置分為兩個部分， 第一部分約束設置和靜力學中仿真分析螺栓預緊過程 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 仿真分析結果
螺紋連接結構有限元模型在瞬態動力學仿真分析 過程中的力收斂曲線如圖 8 所示。
展開 Ansys WorkBench 錐螺紋靜力分析
WorkBench中的Bolt Thread可以使用簡單的面接觸對來模擬螺紋聯接，但是僅限于普通螺紋聯接，如果是錐螺紋聯接就必須使用實際的螺紋聯接進行分析。
螺紋聯接是復雜曲面，直接導入后打開系統默認無法處理會不予以顯示，需要在導入模型后雙擊Geometry在SCDM中打開生成模型，再雙擊Model進入分析模塊。
模型由三個零件組成，螺栓、螺母和墊板。剖開模型即可看到螺栓與螺母上的螺紋聯接。
錐度1:16。
材料使用默認的結構鋼（Structural Steel）。
螺母與墊板、螺栓與墊板之間的接觸都是有摩擦接觸，接觸面使用系統默認。
點擊A4下Connections > Contacts > Contact Region 1/ Contact Region 2> Definiton > Type：Frictional；Friction Coefficient：0.15。
螺紋聯接需要設置接觸面，系統默認的接觸面過于繁雜，有些面并沒有接觸到。在螺紋聯接中，往往只有一側面受力。
根據上圖中的接觸圖選中相應面設置螺紋聯接的接觸。
點擊A4下Connections > Contacts > Contact Region 3>Scope > Contact 和Target選擇相應的面。
展開 Ansys WorkBench “等強度”螺紋聯接之內錐螺母靜力分析
人們應用普通螺紋聯接時主要考慮螺紋副旋合長度和部分長度的螺紋承受載荷，如果要使螺紋副旋合長度內，全部螺紋承受載荷，需要螺紋副的旋和精度非常高，也會使成本驟漲，于此同時無論是多么高精度的螺紋，都不可避免存在螺旋線誤差和牙型角誤差，不可能使全部螺紋承受載荷。所以需要另辟蹊徑，通過結構設計使得螺紋聯接達到“等強度”的效果。
之前有分析過的錐螺紋聯接，螺栓和螺母上都是有錐度的螺紋，應力集中在前兩圈螺紋上。本次的“等強度”螺紋聯接中螺母是具有錐度的螺紋，而螺栓是普通螺紋。螺栓的下端與內錐螺母的下端（小直徑）旋合在一起，在不受力的情況下，螺母的上端（大直徑）和螺栓的上端是不接觸的，并且從下端到上端間隙逐漸增大；受力后，應力先從下端出現，逐漸延伸到上端。
以下是內錐螺母與普通螺母的螺紋聯接區別，左邊是內錐螺母，截取中間部分螺母和螺栓沒有接觸；而右邊是普通螺母，截取中間部分螺母和螺栓有一側的面是接觸的。
螺紋聯接是復雜曲面，直接導入后打開系統默認無法處理會不予以顯示，需要在導入模型后雙擊Geometry在SCDM中打開生成模型，再雙擊Model進入分析模塊。
模型由三個零件組成，螺栓、內錐螺母（錐度1:100）和墊板。
材料使用默認的結構鋼（Structural Steel）。
螺母與墊板、螺栓與墊板之間的接觸都是有摩擦接觸，接觸面使用系統默認。
展開 基于Adams與Ansys的噴漿機斷臂仿真分析 附ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型
后臂斷裂位置與有限元結果對比
下載地址：ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型建立
流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
ANSYS APDL斜拉橋精細化建模與仿真分析案例 ￥39.9
模型簡介
圖1-1 Ansys斜拉橋全橋模型
圖1-2 恒載位移情況（mm）
圖1-3 索力提?。∟）
本案例提供了一套基于ANSYS APDL的斜拉橋全參數化建模與仿真分析解決方案，涵蓋主梁、索塔及斜拉索的模擬，適用于橋梁工程領域的結構分析、索力優化及二次開發需求。模型采用經典單元類型（Beam188、Link180），跨徑布置為100m+220m+100m，包含完整的命令流文件（.mac）與模型數據庫文件（.cdb），用戶可直接運行或基于現有框架快速擴展功能。
1.2. 核心內容與文件說明
1.2.1. 模型文件
stayedCableBridge.cdb：已生成的有限元模型數據庫，包含幾何、單元、材料及邊界條件定義，可直接導入ANSYS進行求解或后處理?！疽部梢灾苯咏尤氲矫罱缑孢M行修改】
Stayed Cable Bridge.mac：模型分析的APDL命令流腳本，含求解及后處理等關鍵步驟包括。
1.2.2. 模型特點
單元類型科學選擇：
Beam188：適用于主梁與索塔的彎曲-剪切耦合分析，支持自定義截面形狀；
Link180：模擬斜拉索的索-梁/塔錨固行為，可通過初應變法實現索力精準控制。
可通過節點坐標的修改進行：
參數化設計：跨徑、塔高、索面布置等關鍵參數可快速修改，適應不同橋型需求。
非線性兼容性：支持幾何非線性分析（如大位移、索松弛），為復雜工況提供可靠依據。
案例優勢與應用場景
1.2.3.
展開 
ANSYS Discovery Live助力從概念仿真走向仿真分析
ANSYS Discovery Live助力從概念仿真走向仿真分析，視頻主要內容有
1：樓梯結構設計分析；
2：管道內流仿真；
3：汽車虛擬風洞測試；
4：散熱器仿真分析；
欲了解更多，歡迎登陸Discovery論壇，并可15天免費試用ANSYS Discovery系列產品。discoveryforum.ansys.com
欲了解更多信息訪問 ANSYS中國 ansys官方微博號
https://weibo.com/2509091892/G7rBpyHer?from=page_1006062509091892_profile&wvr=6&mod=weibotime&type=comment
點擊鏈接可觀看
展開 ANSYS Workbench卯榫仿真分析 ￥29.9
</p><p>（3）高效的網格劃分能力：</p><p>對于結構復雜的實體模型，ANSYS Workbench提供了高效的網格劃分工具，能夠生成精細且平滑的網格。這確保了仿真分析的精確性，尤其是在處理具有復雜幾何形狀或邊界條件的結構時。</p><p>（4）全面的計算分析功能：</p><p>ANSYS Workbench涵蓋了工程實踐中的絕大多數分析類型，包括結構靜力學、動力學、流體動力學、熱分析和電磁場分析等。這些功能使得工程師能夠對各種物理現象進行全面的模擬和分析。</p><p>（5）材料屬性的自由定義：</p><p>與某些仿真軟件不同，ANSYS Workbench允許用戶自由定義材料屬性。當材料庫中不存在特定材料時，工程師可以根據實際情況自定義材料參數，從而提高分析結果的精確度和實用性。</p><p>（6）用戶友好的操作界面和低入門難度：</p><p>ANSYS Workbench在Windows操作系統下運行，擁有直觀明了的用戶界面，極大地方便了設計人員的操作。盡管有限元仿真分析的原理和技術要求較高，但ANSYS Workbench通過提供更加管理和用戶友好的方法，降低了軟件的使用難度。即使是對有限元仿真不熟悉的用戶，也能夠較容易地對簡單結構進行仿真分析。</p><p><br></p><p>4.1.2 Ansys workbench運行過程</p><p>ANSYS Workbench的仿真分析流程可以概括為以下四個主要步驟：</p><p>（1）前處理階段：</p><p>這一階段的核心任務是為仿真分析設定基礎。首先，需要確定分析類型，這可能包括靜力分析，用于評估結構在恒定載荷下的行為，或模態分析，用于確定結構的自然頻率和振型。接下來，選擇合適的單元類型是至關重要的，例如殼單元適用于薄壁結構，而實體單元適用于三維實體。
展開 Ansys結構仿真學習指南：從入門到精通（附Ansys結構分析暢銷視頻教程排行）
第二部分：進階篇
了解了Ansys結構仿真的基本操作，下一步就是深入學習各種高級功能和技巧。
進階篇需要掌握更加復雜的分析類型，如靜力學、動力學、疲勞分析等。同時需要學習如何使用Ansys結構仿真進行優化設計和參數化分析，進一步提升仿真能力和效率。
1、靜力學
靜力學研究物體在平衡狀態下的行為，對于結構仿真而言，靜力學是基礎中的基礎。
靜力學分析包括預處理、求解和后處理步驟。我們需要了解每個步驟的目的和操作方法，正確地進行結構仿真分析。深入學習靜力學的高級技術和功能，如材料非線性行為、大形變分析和剛性體結構等。
2、動力學
動力學研究物體在受到外部力作用下的運動和響應。我們需要學習基本概念如慣性、加速度和振動頻率，以幫助更好地理解動力學分析。動力學分析流程包括預處理、求解和后處理步驟，類似于靜力學分析流程。
了解振動分析的原理和方法是學習動力學的重要一步。包括自由振動和強迫振動的分析方法。
3、疲勞分析
疲勞分析是評估結構在重復加載下的壽命和可靠性的過程。了解疲勞理論和基礎知識是學習疲勞分析的關鍵。還需要掌握疲勞壽命曲線、疲勞裂紋和斷裂機制，掌握Ansys中的疲勞分析工具和方法，如疲勞損傷累積法和疲勞壽命預測方法，對于進行疲勞分析至關重要。
第三部分：精通篇
掌握了Ansys結構仿真的基本操作和高級功能后，重點就應該放在如何提高仿真的準確性和效果。
在精通階段，需要深入學習有限元分析(FEA)的基本原理和方法，并掌握常見的網格劃分技巧和求解器設置。同時，要通過學習如何使用Python等編程語言，對Ansys進行二次開發，以自動化和優化仿真流程。有些情況下，還需要用其他軟件一起聯合仿真，不過這就是要同時精通其他軟件了。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys 電機NVH仿真分析流程介紹
『點擊觀看直播回放』
本次網絡研討會介紹如何利用Ansys 2020 R1，在有限元環境下，精確分析電機的振動噪聲：利用Maxwell2D/3D快速仿真電機在多轉速下定/轉子表面的頻域電磁力并無縫鏈接到Workbench平臺Harmonic Response模塊進行多轉速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉速下的諧振情況；同時多轉速諧響應分析結果也可傳遞到Harmonic Acoustics模塊進行Sound Power Level Waterfall的分析，用于進一步對電機噪聲水平進行評估。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
近期發布的Ansys 2020 R1帶來全新升級的功能，首場新品發布已于2月25日成功舉辦?，F在，隆重向大家推出Ansys行業應用大講堂“仿真體系建設驅動數字創新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來兩大全新網絡研討會專題：芯片SI/PI與可靠性分析系列，以及Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列。我們非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，將陸續為大家帶來多個熱門主題，歡迎積極報名參加并關注后續精彩內容！
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
展開 