ansys螺栓強度分析的案例
高強度螺栓的斷裂分析
高強度螺栓的斷裂分析
高強度螺栓疲勞壽命分析與設計改進
借助有限元分析工具, 對某燃汽輪機風扇座環連接螺栓應力及接觸狀態進行了分析研究, 并計算出了螺栓的應力幅值。
將 ASME 標準與應變方法的疲勞曲線進行了對比分析研究, 確定選用 ASME 標準中的疲勞曲線進行螺栓疲勞壽命分析, 并與現場運行統計數據進行對比分析, 給出了一套有效的螺栓疲勞壽命預測方法。并在此基礎上給出提高螺栓使用壽命的結構改進的方法。
螺栓連接作為一種重要的結構連接方式, 已廣泛應用于各類工程領域中。然而, 在高預緊力載荷以及交變載荷作用下, 高強度螺栓發生疲勞斷裂的事故時有發生。針對高強度連接螺栓的疲勞壽命, 科研人員做了大量的研究并取得了一系列成果。
在此基礎上, 本研究以某型號燃汽輪機風扇座環連接螺栓為研究對象, 借助有限元分析方法, 對該螺栓的應力幅值及各連接部件的接觸應力狀態進行了分析和對比研究, 并基于疲勞分析方法對初始以及改進的螺栓壽命進行了預估分析, 從而確定螺栓疲勞的分析方法以及優化改進的方案。
研究對象概況
作為研究對象的某燃汽輪機風扇座環連接螺栓結構布置如圖1所示, 機組運行轉速為 3000 r/min, 在啟停機次數大約 800次之后, 風扇座環連接螺栓發生斷裂。斷口分析認為, 其螺栓破壞為低周疲勞斷裂。
從螺栓疲勞斷口圖 (見圖2) 來看：區域A為裂紋萌生區域, 該區域為螺紋的根部區域, 參考 ASME 標準, 該部位的應力集中系數不小于3.9, 屬于應力敏感區域, 也是螺栓斷裂的常見多發位置;區域 B 為裂紋擴展區域;區域 C 為斷裂失效區。
展開 不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點精細化有限元分析
（注：本帖數值模擬部分均為原創，接觸分析一直是模擬能否計算準確的關鍵，很難收斂，在此希望本帖能對研究接觸分析的有所幫助，從中有所收獲，希望大家能夠為該帖多多支持，為該帖投上一票，不勝感激！）
1. 引言
本文目的是通過對不銹鋼梁柱高強螺栓摩擦型連接節點進行精細化有限元分析，以確定該節點破壞機制、延性以及抗震性能。為此，本文對單調和循環荷載下不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點進行真實精細化數值模擬，并與試驗結果對比來驗證數值模型的準確性，在此基礎上分析不銹鋼材料非線性、梁翼緣厚度、不銹鋼高強螺栓預緊力和不銹鋼抗滑移系數對該節點破壞機制、承載力、延性以及抗震性能的影響，為合理設計不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點提供依據。
2. 不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點精細化有限元模型建立
如表1所示，節點中柱尺寸均為450×250×16×12，有效長度為2.3m，梁尺寸有400×150×12×8（JW-1、JC-1和JC-3）和400×150×14×8（JC-2），有效長度為1.65m，其它尺寸見圖1。節點所用不銹鋼以及不銹鋼螺栓和不銹鋼鉚釘的真實應力應變曲線通過試驗得到的名義應力應變關系得到，其主要材料參數見表2和3，泊松比均為0.3，鋼材本構在單調加載和循環加載下分別采用等向強化模型和雙線性隨動強化模型，屈服準則采用Von Mises準則。柱端施加500kN軸力，其軸壓比為0.13，柱腳固定約束。梁端平面外約束，梁端單調位移加載（JW-1）或循環位移加載（JC-1、JC-2和JC-3），循環加載方式見圖2。不銹鋼的抗滑移系數設定為0.4，不銹鋼高強螺栓預緊力為170kN，不銹鋼環槽鉚釘預緊力為205.6kN，不考慮焊縫的影響。
展開 ANSYS強度折減法邊坡穩定性分析及地震荷載分析 ￥30
采用ANSYS有限元強度折減方法對滑坡穩定系數進行求解，通過有限元強度折減方法對不同工況下滑坡穩定系數進行計算，并將模擬計算值與極限平衡方法進行對比，驗證了強度折減方法的有效性。
有限元強度折減法是20世紀70年代末由英國科學家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數來降低坡體巖土抗剪強度參數，并反復試算，直到達到極限破壞狀態，程序自動根據彈塑性有限元計算結果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容以及土體的非線性應力-應變關系。
地震荷載加載前需要對模型進行模態分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數，然后再對模型進行動態加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數、地震波加載
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
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壓力管道螺栓連接分析 ￥10
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。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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ANSYS在壓力容器行業的應用-應力強度分析
載荷
在有限元模型上施加以下載荷：
一、內壓Pc：介質接觸所有表面包括筒體、封頭、接管、法蘭內表面及法蘭有效密封寬度面內側承受內壓Pc作用，各工況分別施加；
二、墊片壓緊力等效壓力PF：作用于接管法蘭墊片有效密封寬度面上的墊片壓緊力等效壓力PF，根據標準JB4732-1995式（D.4-2），有下列推導，各工況分別施加：
三、螺栓作用力等效壓力Pw：作用于接管法蘭螺栓圓作用面上（法蘭盤背面）的螺栓作用力等效壓力Pw，根據標準JB4732-1995式（D.4-5），有下列推導：
其中D1，D2為螺栓圓作用面的外徑和內徑，三種工況分別施加；
圖3-設備邊界條件施加圖
圖4-設計工況載荷施加
應力分析結果及評定
由于篇幅限制，操作工況及水壓試驗工況的結果及評定不在文中展示
應力強度評定標準
根據JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設計標準》(2005年確認)進行應力強度評定。使用應力分類法進行應力評定，應力線性化路徑的選取原則是：通過分析構件應力強度最大節點、其它高應力強度區選定節點及關注部位相應節點，并沿壁厚方向的最短方向設定應力線性化路徑。各模型的應力線性化路徑示意圖均選取在設計工況應力分布圖上標注，最終評定路徑的始終節點分別在三種工況應力計算結果上選取。
展開 ansys19.0螺栓預緊分析 ￥8.88
本例主要介紹了螺栓的模擬，模型由螺栓、法蘭、墊片組成，螺栓的模擬又分為實體與線體螺栓，并比較了兩種分析模型的結果。還介紹了螺栓預緊力的施加需要分成三個載荷步，以方便查看螺栓預緊力結果，并對墊片與法蘭之間的綁定接觸與粗糙接觸進行了結果對比，非線性結果更符合實際情況。 本例針對螺栓的模擬具有借鑒和指導作用。
新能源汽車強度、耐久分析與Ansys創新解決方案
結構強度
一站式短纖維復合材料仿真流程
對標后的材料數據 + 映射后的注塑信息
Ansys復合材料解決方案
· 完整的復合材料解決方案
-Ansys Composite Pre/Post (ACP)用于精確的復合材料建模和評估
-Ansys Material Designer用于復合組成尺度的材料系統探索
-Ansys Composite Curing Simulation (ACCS)用于復合材料制造模擬
-Ansys Granta用于材料選擇、數據管理
· Workbench內的集成工作流程
· 能夠探索關鍵的復合材料套筒設計參數:
-纖維預緊力
-材料特性：纖維/基體剛度特性、纖維體積分數
-套筒：層數厚度/層數
Ansys復合材料解決方案的功能
Ansys ACP與其他工具的交互
疲勞耐久
焊縫網格劃分：熱影響區組集
焊接疲勞分析實例
粘接接頭疲勞分析
連接管理：點焊/粘接
展開 基于ANSYS Workbench的螺栓預緊力分析 ￥20
ANSYS Workbench 多物理場軟件實現螺栓預緊，滿足螺栓預應力工況分析。
詳細操作說明書及源文件，見附件。
ANSYS強度折減法邊坡穩定分析實例
下面來大致描述ANSYS邊坡應用實例
ANSYS邊坡穩定性分析一般分以下幾個步驟：
①創建物理環境；②建立模型，劃分網格，對模型的不同區域賦予特性
③加邊界條件和載荷；④求解；⑤后處理（查看計算結果）
巖土高邊坡模型與網格劃分
邊坡圍巖材料參數
表1 邊坡模型圍巖參數
類別
彈性模量/GPa
泊松比
容重/
內聚力
/MPa
摩擦角
（。）
圍巖1（彈塑性）
10
0.30
2645
0.8
32
進行邊坡穩定性分析計算時，采用強度折減法來實現。首先選取初始折減系數F，然后對邊坡土體材料強度系數進行折減，折減后凝聚力以及摩擦角分別式（1）和式（2）。
強度折減系數F=1.0時計算結果分析
X方向變形云圖
整體位移矢量云圖
強度折減系數F=2.2時計算結果分析
強度折減系數F=2.24時計算結果分析
強度折減系數F=2.28時計算結果分析----求解不收斂，說明此時邊坡發生失穩。
展開 
ANSYS下齒輪彎曲強度可靠性分析
ANSYS的PDS模塊可用來做結構可靠性分析。它采用的算法主要有蒙特卡羅法或響應面法（RSSFEM）。蒙特卡羅法的優點是適用面廣，只要建模準確、模擬的次數足夠多，所得的結果就基本是可信的；而其缺點則是對計算平臺，尤其是硬件平臺要求較高，所以以前使用范圍比較狹窄。隨著科技的進步，如今的計算機技術一日千里，計算機硬件性能的發展也進入了一個新的高度，基于以上這些條件，蒙特卡羅法的應用也越來越廣泛。本文所述就是利用蒙特卡羅法來分析結構強度可靠性的具體案例。本文基于ANSYS的二次開發語言APDL和UIDL，開發了漸開線直齒圓柱齒輪的參數化建模模塊，并對齒輪做了彎曲強度可靠性分析
ANSYS下齒輪彎曲強度可靠性分析.pdf
展開 基于ANSYS經典界面的單個螺栓聯接的分析-1
螺栓聯接是機械聯接中的一種常見方式。在對機械裝配體進行有限元分析時，經常涉及到螺栓聯接的分析問題。
那么如何對螺栓聯接進行分析呢？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，以及兩塊連接板的應力狀態。
【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 管道疲勞強度分析及優化(Ansys Workbench)
（３）為求解組合（Solution Combination）添加Fatigue Tool，并將載荷類型定義為“非比例”（Non‐Proportional），疲勞強度因子設置為0.8。
（４）定義疲勞壽命（Life），求解疲勞壽命大小。
1.4 恒定振幅疲勞分析
為了對比結果，首先對于環境一進行不考慮螺栓預緊力的靜力計算，得到管道的最大von Mises應力值為121.85MPa，最大von Mises應力出現在螺栓根部。結果表明在受到液體作用力時，螺栓根部是最危險的位置，vonMises應力云圖如圖4所示，管道的整體變形云圖如圖5所示。由變形云圖可以看出，上法蘭表面各個螺栓之間產生的變形較大，當管道受到載荷作用，管道的上下法蘭面有分離趨勢，有螺栓的部分由于受到螺栓限制，變形相對小一些。在環境一靜力計算的基礎上，添加Fatigue Tool模塊，設置疲勞強度因子為0.8，由于管道在實際工作中只受到一個方向的作用力，載荷比率R設置為0，管道受到脈動循環載荷，載荷比率曲線如圖6所示。
2 螺栓預緊力優化
ANSYS 本身具有進行優化分析計算的模塊，Direct Optimization（Beta）（直接優化工具）、Goal Driven Optimization（多目標驅動優化工具）、Parameters Correlation（參數相關性優化分析工具）等。在這些工具中用戶定義的設計變量主要是尺寸參數，目標函數是應力結果，而本文的設計變量是螺栓預緊力，目標函數為疲勞壽命，不能采用相應的優化分析模塊進行計算。具體優化步驟流程如圖7所示。
在ANSYS Workbench 有限元計算中，疲勞模塊（Fatigue Tool）采用的原理是名義應力法。
展開 ANSYS命令流——圓柱殼靜強度分析 ￥2
/filname,cylindrical shell
/prep7
et,1,shell181
!定義實常數
r=4787.135539 !圓柱殼半徑
L=20000 !艙段長度
t=30 !殼板厚度
