ansys螺紋連接仿真的案例
螺紋連接:仿真分析簡化
仿真分析簡化3
01 引例說明
如圖所示法蘭結(jié)構(gòu)，螺栓M10，等級(jí)8.8，現(xiàn)在需要模擬其在受到軸向載荷F和扭轉(zhuǎn)載荷M作用下螺栓及法蘭的應(yīng)力分布以用于強(qiáng)度校核，螺栓預(yù)緊力P
不考慮螺紋細(xì)節(jié)，螺母與螺栓之間在對應(yīng)位置使用綁定接觸連接;螺栓頭部-被連接件，螺母端部-被連接件，被連接件之間均使用常規(guī)。
展開 螺紋連接松動(dòng)機(jī)理有限元仿真分析...
各種螺紋及緊固件的連接形式統(tǒng)稱為螺紋連接[1]， 因其拆卸方便、可互換性強(qiáng)、成本低、安全可靠等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械設(shè)備零部件之間的連接和 緊固。螺紋連接質(zhì)量的好壞，對機(jī)械設(shè)備的整體性能 至關(guān)重要。松動(dòng)是螺紋連接失效的主要形式之一，會(huì) 導(dǎo)致連接件之間的預(yù)緊力逐漸減小，從而產(chǎn)生異響、 泄露、疲勞斷裂等問題，引發(fā)重大事故[2-3]，因此開展螺 紋連接松動(dòng)機(jī)理研究對工程實(shí)際具有十分重要的意義。
為了提高螺紋連接的防松性能，準(zhǔn)確分析螺紋松 動(dòng)的微觀過程，國內(nèi)外學(xué)者通過有限元仿真技術(shù)進(jìn)行了大量研究[4-7]。研究表明，在螺紋連接中，預(yù)緊力的 降低早于螺紋面間的相對滑移，后者帶來的損害遠(yuǎn)大 于前者，因此研究螺栓松動(dòng)過程中預(yù)緊力下降的變化 規(guī)律，是預(yù)防螺栓松動(dòng)的可行方法[8-9]。同時(shí)，采用準(zhǔn) 確的螺紋連接建立力學(xué)模型，選擇有螺旋結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確 模型，有助于達(dá)到最佳仿真效果。
本文建立了螺紋連接結(jié)構(gòu)的精細(xì)有限元模型，采 用 Workbench 開展了螺紋松連接松動(dòng)靜力學(xué)加載仿真 和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真，研究了螺紋連接松動(dòng)的機(jī)理原因， 可以用于課堂演示及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生直觀體驗(yàn)螺 紋連接松動(dòng)的過程，激發(fā)學(xué)生深入分析事物運(yùn)行的潛 在規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的理解、掌握和綜合運(yùn) 用能力。
1 螺紋連接有限元模型的構(gòu)建
螺紋連接結(jié)構(gòu)由三部分組成：螺栓、螺母和被連 接件。在實(shí)體建模時(shí)，螺栓頭部和無螺紋的螺桿形狀 規(guī)則，只有螺紋段形狀復(fù)雜。且螺栓頭部的六邊形結(jié) 構(gòu)是為了方便施加扭矩以及預(yù)緊螺栓設(shè)計(jì)的，對螺栓 松動(dòng)沒有影響，因此將螺栓頭部和螺母都簡化成圓柱 體。
展開 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(shí)際現(xiàn)象應(yīng)該能夠讓大家認(rèn)識(shí)到：螺紋連接的力學(xué)行為比表面上看起來更加復(fù)雜，因此要使用數(shù)值仿真工具對其進(jìn)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(shí)際中使用非常廣泛，并且很多時(shí)候出現(xiàn)在主傳力路徑上，因此進(jìn)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(jìn)行交流和探討
內(nèi)容僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，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(huì)困惑：“實(shí)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(nèi)容在下一篇文章中更新
來源于：仿真求知之路
如何快速在ANSYS Mechanical中模擬螺紋連接
結(jié)構(gòu)連接中采用螺紋連接應(yīng)用非常廣泛，通常我們在進(jìn)行有限元分析時(shí)，會(huì)將螺栓簡化成光桿或者甚至是一根梁。但是對于一些關(guān)鍵的螺紋連接，當(dāng)我們需要考慮螺紋處的應(yīng)力分布時(shí)，往往需要將螺紋細(xì)節(jié)特征建立好，然后進(jìn)行仿真。由于螺紋本身細(xì)節(jié)特征較多，為保證求解精度，網(wǎng)格會(huì)非常多，這將大大降低求解效率。
ANSYS 15.0之后的版本中，增加了虛擬螺紋功能。在進(jìn)行螺紋模擬時(shí)，我們不用建立精細(xì)化的螺紋模型就可以得到螺紋處精確的應(yīng)力分布，非常便捷。我們以某拉桿為例，介紹虛擬螺紋具體設(shè)置方法。
1. 拉桿結(jié)構(gòu)如下圖所示，與外部螺母采用螺紋連接，建模時(shí)我們忽略螺紋特征，將螺紋處建成光面。
2. 選擇拉桿外表面為接觸面，螺孔內(nèi)表面為目標(biāo)面，接觸類型為不分離。
3. 在接觸屬性中，設(shè)置螺紋具體參數(shù)：如中徑、螺距、牙型角等。
4. 對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，需要注意的是，螺紋處網(wǎng)格需要細(xì)化，一般網(wǎng)格尺寸不超過1/4螺距。
5. 對模型進(jìn)行加載并求解，可以查看到螺紋處的應(yīng)力分布，如下圖所示。
6. 我們建立詳細(xì)的螺紋模型，進(jìn)行求解。計(jì)算結(jié)果如下所示，可以看到虛擬螺紋模型與詳細(xì)螺紋模型計(jì)算的結(jié)果基本保持一致。
來源：安世亞太
展開 如何快速在ANSYS Mechanical中模擬螺紋連接？
結(jié)構(gòu)連接中采用螺紋連接應(yīng)用非常廣泛，通常我們在進(jìn)行有限元分析時(shí)，會(huì)將螺栓簡化成光桿或者甚至是一根梁。但是對于一些關(guān)鍵的螺紋連接，當(dāng)我們需要考慮螺紋處的應(yīng)力分布時(shí)，往往需要將螺紋細(xì)節(jié)特征建立好，然后進(jìn)行仿真。由于螺紋本身細(xì)節(jié)特征較多，為保證求解精度，網(wǎng)格會(huì)非常多，這將大大降低求解效率。
ANSYS 15.0之后的版本中，增加了虛擬螺紋功能。在進(jìn)行螺紋模擬時(shí)，我們不用建立精細(xì)化的螺紋模型就可以得到螺紋處精確的應(yīng)力分布，非常便捷。我們以某拉桿為例，介紹虛擬螺紋具體設(shè)置方法。
1. 拉桿結(jié)構(gòu)如下圖所示，與外部螺母采用螺紋連接，建模時(shí)我們忽略螺紋特征，將螺紋處建成光面。
2. 選擇拉桿外表面為接觸面，螺孔內(nèi)表面為目標(biāo)面，接觸類型為不分離。
3. 在接觸屬性中，設(shè)置螺紋具體參數(shù)：如中徑、螺距、牙型角等。
4. 對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，需要注意的是，螺紋處網(wǎng)格需要細(xì)化，一般網(wǎng)格尺寸不超過1/4螺距。
5. 對模型進(jìn)行加載并求解，可以查看到螺紋處的應(yīng)力分布，如下圖所示。
6. 我們建立詳細(xì)的螺紋模型，進(jìn)行求解。計(jì)算結(jié)果如下所示，可以看到虛擬螺紋模型與詳細(xì)螺紋模型計(jì)算的結(jié)果基本保持一致。
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化2
從節(jié)點(diǎn)接觸反力來看，壓力并不是均勻的分布在接觸面上，而是兩端較大，中部相對小一些，也就是說具有邊緣效應(yīng)
對比模型
為了簡化上述非線性接觸，這里篩選了幾個(gè)常用的備選方案：
綁定接觸大家相對比較熟悉，表示接觸面既不發(fā)生分離也不發(fā)生滑移，類似于面-面的耦合，連接剛度由接觸面對綜合決定
Rbe2代表一種特殊的多點(diǎn)約束方式，不同求解器中叫法不同，比如simulation中叫“剛性”，ansys中叫“cerig”，abaqus中叫“coup_kin”，體現(xiàn)一種剛性的連接行為
Rbe3也代表一種特殊的多點(diǎn)約束方式，simulation中叫“分布”，ansys中叫“rbe3”，abaqus中叫“coup_dis”，體現(xiàn)一種柔性的連接行為
當(dāng)然，用來模擬綁定連接行為的方式還有很多，比如分布式的rbe2，分布式的rbe3，梁單元等等，本文僅對常用幾種進(jìn)行探討，在探討的過程中大家自然可以感受到為什么會(huì)有這么多方式
對比計(jì)算
行為區(qū)別
首先使用接觸面區(qū)域建立三種連接關(guān)系，對比施加同樣工況下被連接件的變形結(jié)果及趨勢：
通過被連接件整體變形可以得到：
①Rbe2剛化作用導(dǎo)致局部變形一致，與實(shí)際變形趨勢相差較大
②綁定接觸和Rbe3變形趨勢目測更加接近實(shí)際，但是影響的變形范圍存在差異
下面詳細(xì)提取被連接件表面變形數(shù)據(jù)：
通過變形曲線可以得到：
①不同連接方式差異主要體現(xiàn)在接觸區(qū)，接觸區(qū)外變形的相對誤差均在可接受范圍內(nèi)
②接觸區(qū)域變形程度：Rbe3＞實(shí)際接觸＞Bond＞Rbe2
為了更加量化去對比不同方式在接觸區(qū)域的差異，以接觸區(qū)域RMS變形作為接觸面等效壓縮變形
展開 35 Ansys Workbench工程應(yīng)用之——結(jié)構(gòu)非線性（下）：狀態(tài)非線性（5）螺紋連接
本期解讀了螺栓連接，非線性相關(guān)內(nèi)容快寫完了，下期寫啥暫時(shí)還不知道，敬請期待。
由于圖惜實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)實(shí)在有限，文中也難免紕漏百出，敬請批評指正。
參考文獻(xiàn)：
[1]《機(jī)械設(shè)計(jì)》——濮良貴、紀(jì)名剛
[2]《Ansys Workbench有限元分析實(shí)例詳解》——周炬、蘇金英
[3] ANSYS 2022幫助文件
喜歡的話，給我點(diǎn)個(gè)“贊”、“在看”唄
三星采用Ansys仿真產(chǎn)品創(chuàng)建半導(dǎo)體設(shè)計(jì)，優(yōu)化高速連接
三星將采用Ansys電磁仿真工具套件，依托最先進(jìn)的工藝技術(shù)開展含5G/6G在內(nèi)的尖端設(shè)計(jì)
主要亮點(diǎn)
Ansys仿真解決方案向三星開發(fā)人員提供綜合全面的電磁感知設(shè)計(jì)流程，在提高生產(chǎn)力的同時(shí)降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)
三星設(shè)計(jì)人員將受益于Ansys提供的先進(jìn)功能、速度和集成能力，將電磁設(shè)計(jì)周期縮短10倍，從而加快產(chǎn)品上市進(jìn)程
Ansys推出的自動(dòng)反標(biāo)等領(lǐng)先業(yè)界的設(shè)計(jì)功能，將通過速度更快、預(yù)測能力更強(qiáng)的準(zhǔn)確計(jì)算與建模，優(yōu)化三星的片上設(shè)計(jì)
三星Foundry將采用Ansys業(yè)界領(lǐng)先的電磁（EM）仿真工具，依托最先進(jìn)的芯片、節(jié)點(diǎn)和工藝技術(shù)開展含5G/6G在內(nèi)的超現(xiàn)代設(shè)計(jì)。Ansys仿真解決方案，將向三星最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)提供綜合全面并且功能、速度和集成能力均有所提升的電磁感知設(shè)計(jì)流程，縮短片上設(shè)計(jì)周期，優(yōu)化高速連接，同時(shí)助力減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
三星設(shè)計(jì)人員將運(yùn)用Ansys的電磁設(shè)計(jì)工具，包括Ansys RaptorX、Ansys VeloceRF和Ansys Exalto，助力將小型設(shè)計(jì)的上市時(shí)間縮短2-3周，將復(fù)雜設(shè)計(jì)的上市時(shí)間縮短2個(gè)月。憑借可優(yōu)化計(jì)算與建模的自動(dòng)化功能，以及更高容量，Ansys軟件將幫助三星團(tuán)隊(duì)以更高的保真度更快速地完成設(shè)計(jì)。
三星采用Ansys仿真產(chǎn)品創(chuàng)建半導(dǎo)體設(shè)計(jì)，優(yōu)化高速連接
三星電子代工設(shè)計(jì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)副總裁Sangyun Kim表示：“電子系統(tǒng)和工藝技術(shù)在不斷發(fā)展，因此行業(yè)需要先進(jìn)的電磁設(shè)計(jì)功能。我們認(rèn)為Ansys仿真解決方案能幫助應(yīng)對這方面的挑戰(zhàn)，該解決方案既能夠精準(zhǔn)地滿足設(shè)計(jì)需求，同時(shí)又能縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、降低成本與風(fēng)險(xiǎn)。”
展開 ANSYS干貨視頻 | 電子連接器結(jié)構(gòu)仿真的解決方案
視頻內(nèi)容
● 電子連接器產(chǎn)品設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)；
● 電子連接器結(jié)構(gòu)仿真的案例分享；
● ANSYS結(jié)構(gòu)仿真的技術(shù)優(yōu)勢；
● 答疑。
課后小結(jié)
● 了解ANSYS結(jié)構(gòu)產(chǎn)品功能，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)熱、熱-結(jié)構(gòu)耦合和電-熱-結(jié)構(gòu)耦合；
● 對電子連接器產(chǎn)品插拔力、接觸應(yīng)力、溫升和疲勞耐久仿真計(jì)算方法及分析流程更加清晰；
● 提升個(gè)人乃至整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的理論解析能力。
Ansys連接件結(jié)構(gòu)失效仿真分析【今日16:00直播】
10月10日，Ansys官方『Ansys連接件結(jié)構(gòu)失效仿真分析』研討會(huì)為您展開講解針對連接件結(jié)構(gòu)失效原因的分析及解決方案，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時(shí)間：10月10日（星期二），16：00-17：00
內(nèi)容簡介：
連接結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性，直接關(guān)系著系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的安全和性能；連接件的失效原因很多，針對最主要和關(guān)鍵的失效模式，介紹Ansys相應(yīng)的解決方案：
1. 螺栓退扭松動(dòng)仿真
2. 焊點(diǎn)焊縫疲勞分析
3. 膠水脫粘分層失效分析
講師：
劉艷莊 | Ansys China 高級(jí)工程師
力學(xué)碩士，十年的力學(xué)分析與仿真應(yīng)用，主要負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品Mechanical，工作重點(diǎn)是有限元仿真的技術(shù)支持及推廣。
形式：線上
費(fèi)用：免費(fèi)
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● 對電子連接器產(chǎn)品插拔力、接觸應(yīng)力、溫升和疲勞耐久仿真計(jì)算方法及分析流程更加清晰；
● 提升個(gè)人乃至整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的理論解析能力。
