ansys 螺栓聯(lián)接
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys 螺栓聯(lián)接的視頻教程
ansys 螺栓聯(lián)接的實例教程
螺栓聯(lián)接是機械聯(lián)接中的一種常見方式。在對機械裝配體進行有限元分析時，經常涉及到螺栓聯(lián)接的分析問題。
那么如何對螺栓聯(lián)接進行分析呢？方法很多，這主要取決于問題本身的性質及分析的目的。
本文以單個螺栓聯(lián)接分析為例，說明如何在ANSYS經典界面中進行有預緊的螺栓聯(lián)接分析。之所以選擇經典界面，是為了清晰地說明ANSYS進行螺栓分析的實質。
雖然在WB中也可以方便的進行螺栓預緊的分析，但是那里只能看到表面現象，而對于弄清楚其建模的實質幫助不大。
該例子來自于《ANSYS機械工程應用精華50例》的第47個例子。【（第三版），高耀東，劉學杰主編，電子工業(yè)出版社，2011.】，本文主要對其加強了顯示部分和講解部分，以便用戶能更清晰地理解其分析過程。
本篇對于螺栓聯(lián)接使用完整的三維建模方式，第二篇使用簡化建模方式。
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【問題描述】
一個連接結構由上連接板，下連接板，一個螺栓，一個螺母構成。如下圖所示。該圖只繪制了整個連接的四分之一，因為對稱的緣故，只分析四分之一就足夠。
該聯(lián)接很簡單，就是一個螺栓加上一個螺母把上下兩塊連接板固定在一起。
現在給螺栓施加5000N的預緊力，然后施加1000N的工作載荷，要求施加該預緊力及施加工作載荷后，螺栓中的應力分布狀態(tài)，以及兩塊連接板的應力狀態(tài)。
【問題分析】
1. 幾何建模。由于問題簡單，直接在ANSYS中進行建模，對于螺栓分成四個空心圓柱體，而螺母是一個空心圓柱體（藍色），它們之間均使用粘接的方式進行連接。
2. 預緊力的施加。首先需要創(chuàng)建一個預緊截面，并對此截面劃分網格，從而生成預緊單元。
展開 螺栓聯(lián)接預緊力值的選擇準則
聯(lián)接類型與應用場合
預緊應力/屈服點①
受剪的鉸制孔螺栓聯(lián)接
拉伸載荷極小的螺栓聯(lián)接，如地腳螺栓
有因較大應力腐蝕而斷裂之危險的螺栓聯(lián)接
0.10～0.20
有墊片的密封螺栓聯(lián)接
0.35～0.40
沒有墊片的密封螺栓聯(lián)接，此聯(lián)接承受拉伸載荷，并且必須滿足安全規(guī)范的要求
壓力容器螺栓聯(lián)接預緊力的上限
0.50～0.60
為避免振動松退或疲勞等壓緊力過小的場合
主要根據裝配中所用預緊力控制方式和螺栓是否允許拉力超過屈服點選擇預緊力
采用力矩扳手擰緊時的預緊力上限
0.7
螺栓強度或拉力在裝配時可以測量出的場合
0.85～0.95
鋼結構螺栓聯(lián)接，聯(lián)接依靠摩擦力抵抗橫向外載荷
外載荷預先準確知道，并且螺栓允許拉力超過屈服點，螺栓經加工硬化仍有足夠韌性的場合
1.00
① 屈服點系指螺栓材料的屈服點σs。
注：文章來自網絡，供參考。
展開 基于MATLAB的螺栓組聯(lián)接的可靠性優(yōu)化設計
徐梓斌, 閔劍青
(浙江樹人大學現代教育技術中心,杭州310015, E2mail: xu_zibin@sina. com)
摘 要:有密封性要求的螺栓組聯(lián)接設計在工程中占有非常重要的地位,為了能找到一種簡便實用的設
計方法,本文研究了基于MATLAB平臺的螺栓組聯(lián)接可靠性優(yōu)化設計的新方法。建立了螺栓組聯(lián)接的設計模
型,描述了利用MATLAB優(yōu)化工具箱解決螺栓組聯(lián)接設計問題的具體方法。通過實例計算,結果表明該方法
簡單有效、編程量小,非常適合工程技術人員使用。
關鍵詞: 螺栓組聯(lián)接;優(yōu)化設計;可靠性;MATLAB
基于MATLAB的螺栓組聯(lián)接的可靠性優(yōu)化設計.pdf
展開 導讀：在機械行業(yè)，螺栓、軸承、齒輪是三個最基本的元素，重要性位列所有機械零部件中的前三甲。其中螺栓應用最廣，幾乎所有機械都離不開螺栓，所有機械傳動都離不開軸承，大部分機械傳動都離不開齒輪。因此從重要性來說螺栓是當之無愧的機械之王。
一、某齒輪箱各零部件之間邏輯關系
齒輪負責傳動，軸承負責支撐，螺栓負責聯(lián)接，各司其責。但是為了讓這三個零件更好地發(fā)揮作用人們發(fā)明了一些服務于這三個機械元素的輔助機械元素：為了實現服務于齒輪的正常傳動功能，出現了軸；為了支持軸的轉動，需要軸承；為了軸承的正常運轉，出現了潤滑油或潤滑脂；為了維持油脂量不變，出現了密封；同時為了維持齒輪和軸承的正常運轉，出現了冷卻。但是各個機械元素之間的聯(lián)系不是隨意的，是需要按照力學規(guī)律和產品要求來實現的，具體來說就是常用的標準，某齒輪箱的各零部件之間邏輯關系如下圖所示：
以上圖齒輪箱零部件關系為例，需要用到的標準還要更多，但是無論對于工程師還是企業(yè)來說，我們完全不需要也不可能面面俱到地都掌握，我們只需要掌握其核心。所謂核心就是觸碰到知識底層、以力學和數學為工具的計算方法，我習慣稱其為學科，如螺栓聯(lián)結設計計算學科VDI2230，過盈配合計算學科DIN7190, 應力結果評價標準FKM，軸設計學科DIN743，而不是直接查閱就能得到結果的標準如頂尖工藝孔標準DIN 332，緊固件材料標準DIN 898-1。恰如計算機產業(yè)，美國的芯片生產的很好，印度的機箱生產的很好。美國沒有機箱大不了計算機敞著用，但是印度沒有美國的芯片那就徹底停機，沒得用。
二、機械行業(yè)也是高科技行業(yè)
記得我上大學的時候，學的是機械工程及自動化。當時我們專業(yè)的同學自己倒是從來沒有感覺概念，但是其它專業(yè)同學，如電氣和計算機專業(yè)的，卻是認為我們學機械的沒有前途。為什么會有這種感覺呢？
展開 長期以來，人們應用普通螺紋聯(lián)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(lián)接達到“等強度”的效果。
之前有分析過的錐螺紋聯(lián)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(lián)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(lián)接區(qū)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(lián)接是復雜曲面，直接導入后打開系統(tǒng)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 
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本視頻演示了如何使用線體定義兩個法蘭之間的螺栓，并設置螺栓預緊力對象。
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概述
本模型解釋了一個簡單的螺栓連接，該連接由兩塊板和一個螺栓夾緊在一起。在此情況下，螺栓將承受剪力。
目標
演示如何為兩塊板之間設置螺栓連接，包括螺栓預緊力和施加剪力。
建模步驟
對施加剪力的簡單螺栓連接進行靜態(tài)結構分析。
1.打開 Ansys Workbench 并插入一個“靜態(tài)結構（Static Structural）”系統(tǒng)。
2
螺栓預緊力Bolt Pretension
此邊界條件可對梁連接施加預緊載荷，常用于模擬預緊狀態(tài)下的螺栓。
分析類型
螺栓預緊力功能是 LS-DYNA 特有的，與 Mechanical 應用程序中的螺栓預緊力功能不兼容。
螺栓預緊力既可以在動力松弛階段使用，也能在計算的顯式階段使用。
螺栓預緊力可施加于梁連接或實體。
邊界條件的應用
對梁連接施加螺栓預緊力的操作步驟
問題：
VDI2230關于螺栓的計算中對于螺栓載荷的提取沒有過多的涉及，本文針對偏心載荷的提取問題進行簡單說明。
VDI2230中，對于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線到截面彎矩為0的點之間的距離。
對于實際螺栓連接問題，幾何結構和載荷狀態(tài)復雜多變，使用經驗公式估計并不理想。本文介紹使用有限元仿真的方法確定載荷偏心距離。
示例：
以VDI2230
問題：
在使用理論方法對螺栓強度進行評估時，需要輸入螺栓所受的載荷作為計算輸入。螺栓載荷在復雜工況下，通常使用有限元仿真的方式進行模擬。此時需要準確提取螺栓位置的載荷大小用后續(xù)理論校核。
示例：
如下圖所示，兩個零件一端鉸接一端使用螺栓連接。在螺栓側端面施加2000N載荷（無螺栓預緊力）。需要提取螺栓在連接面處所受到的載荷包括：力和力矩。
載荷提取結果：
1.螺栓連接面位置作用力
（添加V：fwz0703）
在ANSYS Workbench中經常遇到法蘭或者箱體等產品，在其邊緣位置有很多的螺栓連接，如圖所示。
我們需要在對應的螺栓孔位置添加螺栓，但是螺栓孔太多，一個一個添加累死人，有沒有一種簡單有效的方法呢？ansys的開發(fā)者想到了大家的困難，設置了一種方法。
在Ansys workbench
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習壓力管道的三維模型處理
2、學習螺栓連接非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性靜結構分析步的建立
4、學習螺栓連接非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力管道螺栓連接分析
Beam188軸向力的提取方法
螺栓聯(lián)接預緊力值的選擇準則
聯(lián)接類型與應用場合
預緊應力/屈服點①
受剪的鉸制孔螺栓聯(lián)接
拉伸載荷極小的螺栓聯(lián)接，如地腳螺栓
有因較大應力腐蝕而斷裂之危險的螺栓聯(lián)接
0.10～0.20
有墊片的密封螺栓聯(lián)接
0.35～0.40
ANSYS Corner| ANSYS Workbench中一種螺栓預緊力施加方法
