ansys螺紋簡化的案例
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
但是，最近梳理螺紋連接相關知識時，卻發現好像并不是如此，或者說，使用實體單元對螺栓進行分析時，確實會遇到頗多問題
01、引例說明
如圖所示法蘭結構，螺栓M10，等級8.8，現在需要模擬其在受到軸向載荷F和扭轉載荷M作用下螺栓及法蘭的應力分布以用于強度校核，螺栓預緊力P
不考慮螺紋細節，螺母與螺栓之間在對應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摩擦接觸
第一步，通過預緊單元施加螺栓預緊力
第二步，鎖定預緊力并施加集中力/力矩
通常，上述過程被認為是使用實體單元模擬螺栓進行計算的標準流程
按照這一流程，我們對結構進行有限元分析，并提取剖面應力分布
根據云圖標識結果，螺栓最大局部米塞斯應力為611MPa，位于螺栓頭部下端，小于材料的屈服強度640MPa，因此螺栓在給定工況下安全，安全系數為611/640=1.05
02、案例思考
上述校核過程看起來好像并沒什么不妥，按照強度準則結構應力≤許用應力，每一步都非常合理，但僅僅這樣就給出校核結果過于草率
在文章中，根據螺栓可能的失效模式，給出了以下幾部分需要校核的內容
①螺栓預緊時光桿應力＜材料屈服強度
②螺栓加載時光桿應力＜材料屈服強度
③被連接件夾緊壓力＞密封壓力
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化2
，這里篩選了幾個常用的備選方案：
綁定接觸大家相對比較熟悉，表示接觸面既不發生分離也不發生滑移，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”，體現一種剛性的連接行為
Rbe3也代表一種特殊的多點約束方式，simulation中叫“分布”，ansys中叫“rbe3”，abaqus中叫“coup_dis”，體現一種柔性的連接行為
當然，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行探討，在探討的過程中大家自然可以感受到為什么會有這么多方式
對比計算
行為區別
首先使用接觸面區域建立三種連接關系，對比施加同樣工況下被連接件的變形結果及趨勢：
通過被連接件整體變形可以得到：
①Rbe2剛化作用導致局部變形一致，與實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際，但是影響的變形范圍存在差異
下面詳細提取被連接件表面變形數據：
通過變形曲線可以得到：
①不同連接方式差異主要體現在接觸區，接觸區外變形的相對誤差均在可接受范圍內
②接觸區域變形程度：Rbe3＞實際接觸＞Bond＞Rbe2
為了更加量化去對比不同方式在接觸區域的差異，以接觸區域RMS變形作為接觸面等效壓縮變形，得到Contact，Bond，Rbe2，Rbe3方式得到的等效變形分別為：2.64um，2.22um，2.00um，2.78um
也就是Bond，Rbe2，Rbe3方式誤差分別為
展開 
Ansys Mechanical | SKF開發自動化應用程序大幅簡化軸承仿真分析
利用SKF軸承應用程序和Ansys Mechanical在力矩中快速生成的軸承仿真結果
Ansys推出開發者一站式中心，進一步簡化開發流程
Ansys開發者門戶網站通過全新平臺提供面向Ansys仿真技術的支持、文檔和協作，以提升開發者體驗（DX）
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主要亮點
Ansys開發者門戶網站是專屬的一體化平臺，通過將Ansys業界領先產品組合的技術文檔、專家互動和開發人員工具匯聚在一起，實現開發者體驗的提升
Ansys創建的一站式中心旨在簡化工具訪問，以幫助工程師、開發人員和架構師創建綜合全面的多物理場解決方案并實現先進的仿真工作流程
為推動實現仿真普及化的承諾，Ansys宣布推出Ansys開發者門戶網站，以幫助開發人員更方便地獲得工具——該數字空間將更好地賦能Ansys生態系統，并將用戶和各領域的Ansys仿真專家緊密相連。
Ansys開發者門戶網站將整個Ansys產品組合的開發人員工具匯聚到統一的中心，并且還提供相關文檔、示例、指南和使用案例。該門戶網站使用戶能夠在整個Ansys產品組合中擴展仿真工作流程，以提高工作效率。此外，門戶網站還包括社區論壇，讓客戶、合作伙伴和內部開發人員能夠在此開展協作、分享創意觀點、咨詢問題和提出功能建議，同時能夠直接訪問PyAnsys項目的Python庫等開源計劃。
Ansys致力于為客戶提供加速創新和實現目標所需的工具。通過簡化獲取豐富資源的方式以及提升可用性，Ansys幫助工程師、架構師和開發人員能夠更好地設計新方案，以實現物理和工程領域中重復、復雜仿真和工作流程的自動化。通過門戶網站促進對這些資源的訪問，將顯著減少完成任務所需的時間，并最大限度地減少出錯的可能性。
展開 ANSYS Workbench模型對稱簡化計算及節點結果導出方法
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實例介紹
如果模型本身結構是對稱的，同時它的約束與外載也是對稱分布的，那么我們可以對模型進行對稱簡化，一方面可以提升計算效率，另一方面也方便我們進行邊界條件的加載。在本實例中，一個圓柱形的薄壁筒體在圓筒長度的中間處受到力F的擠壓，如圖1所示需要計算力F作用點在徑向的位移。薄壁圓筒的兩端是自由邊，由于模型結構、約束與外載都是對稱的，所以可以將模型簡化為一個八分之一的殼單元模型。
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 仿真應用 | ANSYS Icepak 散熱仿真系列-CAD模型的識別與簡化
ANSYS Icepak 作為一款專門用于電子產品散熱分析的仿真軟件，集幾何建模、網格生成、求解和后處理于一體。在封裝、組件、板和系統級的熱分析領域獲得日益廣泛的關注。
ANSYS Icepak 的幾何建模包括自建模型和模型導入兩種方式，其中模型導入更為常用，即將CAD模型進行轉化處理后導入 ANSYS Icepak 軟件。本文主要介紹以 ANSYS SCDM 為基礎的 ANSYS Icepak 模型導入及其處理方式，
包括模型識別與模型轉化。
模型識別是指將 CAD 模型轉為 ANSYS Icepak 認可的三維模型，并進行適當的幾何處理，刪除產品上不影響散熱或發熱的零件整體或細節特征，以及一些不必要的圓角設計，可通過ANSYS SCDM 中 Workbench 選項卡內的 Identify Objects（識別對象）進行操作。
模型簡化是指將無法直接識別或需簡化處理的 CAD 模型進行操作，使它們能夠與ANSYS Icepak 對象幾何相容。ANSYS SCDM 中的 IcePak Simplify（仿真簡化）工具用于簡化主體，其中簡化類型分別為0級、1級、2級、3級。
展開 如何快速在ANSYS Mechanical中模擬螺紋連接
結構連接中采用螺紋連接應用非常廣泛，通常我們在進行有限元分析時，會將螺栓簡化成光桿或者甚至是一根梁。但是對于一些關鍵的螺紋連接，當我們需要考慮螺紋處的應力分布時，往往需要將螺紋細節特征建立好，然后進行仿真。由于螺紋本身細節特征較多，為保證求解精度，網格會非常多，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。在進行螺紋模擬時，我們不用建立精細化的螺紋模型就可以得到螺紋處精確的應力分布，非常便捷。我們以某拉桿為例，介紹虛擬螺紋具體設置方法。
1. 拉桿結構如下圖所示，與外部螺母采用螺紋連接，建模時我們忽略螺紋特征，將螺紋處建成光面。
2. 選擇拉桿外表面為接觸面，螺孔內表面為目標面，接觸類型為不分離。
3. 在接觸屬性中，設置螺紋具體參數：如中徑、螺距、牙型角等。
4. 對模型進行網格劃分，需要注意的是，螺紋處網格需要細化，一般網格尺寸不超過1/4螺距。
5. 對模型進行加載并求解，可以查看到螺紋處的應力分布，如下圖所示。
6. 我們建立詳細的螺紋模型，進行求解。計算結果如下所示，可以看到虛擬螺紋模型與詳細螺紋模型計算的結果基本保持一致。
來源：安世亞太
展開 如何快速在ANSYS Mechanical中模擬螺紋連接？
結構連接中采用螺紋連接應用非常廣泛，通常我們在進行有限元分析時，會將螺栓簡化成光桿或者甚至是一根梁。但是對于一些關鍵的螺紋連接，當我們需要考慮螺紋處的應力分布時，往往需要將螺紋細節特征建立好，然后進行仿真。由于螺紋本身細節特征較多，為保證求解精度，網格會非常多，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。在進行螺紋模擬時，我們不用建立精細化的螺紋模型就可以得到螺紋處精確的應力分布，非常便捷。我們以某拉桿為例，介紹虛擬螺紋具體設置方法。
1. 拉桿結構如下圖所示，與外部螺母采用螺紋連接，建模時我們忽略螺紋特征，將螺紋處建成光面。
2. 選擇拉桿外表面為接觸面，螺孔內表面為目標面，接觸類型為不分離。
3. 在接觸屬性中，設置螺紋具體參數：如中徑、螺距、牙型角等。
4. 對模型進行網格劃分，需要注意的是，螺紋處網格需要細化，一般網格尺寸不超過1/4螺距。
5. 對模型進行加載并求解，可以查看到螺紋處的應力分布，如下圖所示。
6. 我們建立詳細的螺紋模型，進行求解。計算結果如下所示，可以看到虛擬螺紋模型與詳細螺紋模型計算的結果基本保持一致。
展開 
Ansys Mechanical | SKF開發自動化應用程序大幅簡化軸承仿真分析
本文原刊登于Ansys Blog：《Bearing Calculations No Longer a Lot to Bear with Easy-to-Use Automation Tool》
作者：David Bourbonnais | Ansys戰略客戶經理
編輯整理：郭臻 | Ansys結構產品技術經理
眾所周知，螺母和螺栓在一起能夠用于緊固部件，但讓部件保持運動的大功臣則是軸承。在機械工程中，軸承是幫助平衡運動和減少運動部件之間產生摩擦的機器元件。例如，軸承可以控制部件的線性運動或繞軸旋轉，還可以通過控制影響部件的矢量來防止運動。
如此纖小的元件竟有如此強大的功能，因此軸承計算無疑是機械設計中最具挑戰性的領域之一：精度至關重要。為了實現整體設計的成功，必須對軸承進行精確建模。但要獲得各種各樣的軸承特性和幾何細節，對于工程師和設計人員來說并不容易。
作為全球領先的軸承制造商，SKF利用SKF Bearing開發了一款解決方案，這是一個免費的應用編程接口（API），通過提供對10,000多種軸承型號的準確剛度數據的訪問，能夠簡化軸承選擇、分析和仿真的繁瑣過程。
SKF Bearing為嵌入到Ansys Mechanical中使用而設計，可在結構有限元分析（FEA）期間使軸承選擇過程變得簡單和自動化，因此無論初學者還是專家，所有用戶都能輕松進行仿真。
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 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 Physical Optics公司與Ansys助力美國軍用飛機簡化航空電子研發
基于模型的突破性解決方案將航空電子軟件的研發時間縮短50%以上
Physical Optics公司（POC）正在使用Ansys仿真軟件解決方案為美國軍用飛機研發航空電子設備。面向ARINC 661標準應用的Ansys SCADE解決方案將幫助POC縮短研發時間并加速認證，從而大幅降低集成新功能所需的成本，并加快產品投放市場的速度。
美國國防部的舊飛機配備了日益老化的航空電子設備和控制系統，這需要花費高昂的成本來升級或增加新功能。現代航空電子軟件既要符合復雜的要求、又要日趨先進精巧，因此滿足安全關鍵的標準并降低成本是當前研發工作的主要挑戰。高效的基于模型的軟件研發以及合格的代碼生成功能可提供一種更簡化的方法來降低軟件成本、縮短研發時間，同時有效地管理高度復雜的設計。
POC任務系統副總裁Omar Facory表示：“我們選擇了面向ARINC 661標準的Ansys SCADE，希望能幫助我們大幅簡化基于模型的軟件研發，并降低認證風險。Ansys SCADE 661是推進互操作性和可重用性的重要工具，能幫助我們的團隊輕松升級軍用飛機的新功能而不影響其使用?！?面向ARINC 661標準的Ansys SCADE可提供卓越的基于模型的軟件研發和自動認證的代碼生成功能，能快速創建和認證航空電子軟件。在符合ARINC 661、DO-178C和FACE技術標準的同時，可大幅縮短研發時間。Ansys SCADE 661不僅可以推動不同飛機平臺的可重用性，還能加速新功能的集成，并大幅減少針對具體平臺設計的依賴。
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