螺栓預緊力加載的案例
螺栓預緊力加載全攻略
在 CAE-ANSYS 的模擬分析中，螺栓預緊力的加載是一項關鍵操作，它直接影響分析結果的準確性。今天，咱們就來深入聊聊 CAE-ANSYS 中螺栓預緊力的加載方法和那些不能忽視的注意事項。
一、螺栓受力大揭秘
在實際應用里，螺栓主要負責連接兩個零件，它的受力方式大致分為兩類。
1. 上下拉伸力：當兩塊板子上下受力時，螺栓就會受到上下方向的拉伸力。要是受力過大導致螺栓損壞，那就是抗拉強度不足。想象一下，把兩塊木板用螺栓垂直連接起來，然后使勁拉開，螺栓承受的就是這種力。
2. 水平受力細分：水平左右受力還得細分。要是螺栓處于壓緊狀態，板子之間的摩擦力主要靠螺栓的壓緊力提供，這時候螺栓還是主要受拉伸力。但要是螺栓很松，或者螺桿和圓孔發生碰撞，螺栓可就變成受剪切力了，損壞原因就是抗剪切強度不夠。比如在一個設備的振動部件連接中，如果螺栓松動，就很容易出現這種情
二、螺栓預緊力計算原理詳解
在 ANSYS 里添加好模型后，給螺栓施加預緊力有不少細節要注意。
1.施加位置：螺栓預緊力（bolt pretension）要加在螺栓的外圓柱面上。大家可以理解為，在螺栓的 “側面” 進行受力添加操作。
2.計算原理：具體計算時，會把螺桿的圓柱體按照面的選擇平均切成兩部分。計算過程中，這兩個圓柱體上下擠壓重疊，從而實現預緊力的加載。就好比把一根香腸從中間一分為二，然后讓這兩段香腸上下擠壓，模擬出預緊的效果。
三、模型常見問題及解決妙法
（一）螺栓太長的麻煩
有一種情況很讓人頭疼，就是螺栓太長，而且全部長度都在一側。當給這樣的螺栓施加預緊力后，螺柱雖然被分成了兩部分，但兩部分的收縮都集中在一側內部，這樣得出的結果肯定是錯的。從實際效果看，螺栓對上面平板的擠壓力會變得非常小。
展開 lsdyna中動力松弛-螺栓預緊力加載-soild
1.問題描述
前面計算了螺栓連接為beam方式建立的方法，當前考慮螺栓為實體螺栓，當一組零件中有螺栓的存在，螺栓會添加一個預緊力，之后組件受到其他的沖擊碰撞等受力，查看整體變形和應力分布情況
2.問題分析
由于lsdyna自身的原因，計算的步長受到材料密度、彈性模量、網格大小等因素影響，不可控制，只能計算很短時間內的一個變形。如果延長時間則計算量過大，沒有意義了。
那么在常規方法在lsdyan中，只能在0.001s內施加螺栓預緊力，組件在短時間內受到螺栓預緊力的作用就會在后期產生抖動，對于后續加載的沖擊碰撞等載荷后產生影響，那么如何消除這個現象？
3.模型處理
實體螺栓模型需要將螺栓設置表面印記，將螺栓的圓柱部分切割出來，建立局部坐標系，加載螺栓預緊力，加載的載荷只能是應力值，結果為預緊力/截面積
4.lsdyna螺栓驗證
建立螺栓模型，加載預緊力的應力之后，看到結果中螺栓被分成兩端，并重合擠壓，得到需要的螺栓預緊力，所以需要考慮設置中shear and bending
5.動力松弛+螺栓預緊力
建立動力松弛，其中設置為隱式算法并加載螺栓預緊力
結果如下，可以看到兩側被擠壓，整體有微小的抖動，但是并不明顯，整體的應力比較穩定
6.靜力學+動力松弛方法加載預緊力
6.1靜力學計算
預緊力中載荷加載和靜力學相同，為切斷圓柱方式，按照常規方式在靜力學中加載螺栓預緊力100N，獲取靜力學的變形
6.2靜力變形+動力松弛
在lsdyna中讀取靜力學變形，再添加一個lsdyna模塊，將結果導入lsdyna，如圖所示。得到的結果只能是位移變形，這樣就能得到初始的預添加受力的變形了.
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通過本案例可以學習了解螺栓預緊力，墊片壓縮回彈特性，螺栓預緊力衰減，螺栓不同順序加載
【Abaqus插件】螺栓預緊力_批量定義 ￥19.89
腳本批量定義螺栓預緊力的方法也很好用，但是對于不習慣Python的不太友好。
使用插件可以很好的解決這個問題，對于有大量螺栓的問題建模，可以節省不少前處理時間。
插件使用教學
1.先決條件
#首先必須要有螺栓的part；
#螺栓要被陣列到assembly中；
#必須先切分出螺栓預緊力的加載面；
#至少要有一個分析步，如沒有Preload分析步（P大寫），插件會在initial后自動插入一個。
2.插件使用方法
#選擇被陣列的螺栓part，以及定義好的加載面；螺栓axial方向→回轉體part默認就是1，拉伸會有更多選擇；可以在加載力分析步固定螺栓長度；螺栓力可以按等級或者自己人為指定數值。
展開 
在ANSA中ABAQUS模板下螺栓預緊力設置
1、單獨顯示螺栓
2、選擇AUXILIARIES>PRTENS>Assistant，選擇Surface--Solid Property和Detect and create all possible pretensions（一步操作中完成四個螺栓的預緊力加載），選擇螺栓單元，Next。
3、選擇預緊力截面參考點，Next。
4、定義預緊力截面和預緊力方向。選擇螺栓截面上兩點，方向沿著螺栓軸向，繼續下一步操作。
5、施加預緊力載荷。選擇crate CLOAD，輸入大小為3000N的預緊力（預緊力沿著x正向，其只有一個自由度），ANSA會自動創建一個預緊力分析步。選擇Show Selected Elements，關掉SHADOW顯示，觀察預緊力方向和截面位置。剩下三個螺栓會自動創建預緊力。
6、點擊Finish完成預緊力加載
在ANSA中ABAQUS模板下螺栓預緊力設置.pdf
展開 abaqus Python批量自動識別螺栓加載螺栓預緊力
abaqus Python批量自動識別螺栓加載螺栓預緊力，代碼見下，能自動識別與默認XYZ坐標軸方向相同的螺栓，基于網格單元法向確定螺栓力加載方向，無需手動指定方向,自動建立Surface set。step1-bolt建立螺栓力，step2批量修改保持螺栓長度。
螺栓預緊力&Workbench螺栓預緊力分析 ￥10
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</div><p><strong>1 螺栓預緊力：</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0); background-color: transparent;">就是在擰螺栓過程中擰緊力矩作用下的螺栓與被聯接件之間產生的沿螺栓軸心線方向的預緊力。對于一個特定的螺栓而言，其預緊力的大小與螺栓的擰緊力矩、螺栓與螺母之間的摩擦力、螺母與被聯接件之間的摩擦力相關。</span></p><p><strong>2 目的：</strong>預緊可以提高螺栓連接的可靠性、防松能力和螺栓的疲勞強度，增強連接的緊密性和剛性。事實上，大量的試驗和使用經驗證明：較高的預緊力對連接的可靠性和被連接的壽命都是有益的，特別對有密封要求的連接更為必要。當然，俗話說得好，“物極必反”，過高的預緊力，如若控制不當或者偶然過載，也常會導致連接的失效。因此，準確確定螺栓的預緊力是非常重要的。
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abaqus Python批量自動識別螺栓加載螺栓預緊力，自動修改第二分析步為固定螺栓長度_完整代碼下載見付費內容! 因上傳不支持.py換成.txt格式上傳，下載后只需改一下后綴名為.py。按照下圖操作即可。
ANSYS的lsdyan中螺栓預緊力Bolt Pretension加載
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：
1. 右鍵點擊 Environment 樹對象或活動的 Dynamic Relaxation 對象，選擇 “Insert”>“Bolt Pretension”。
2. 將 “Scoping Method” 設置為 “Beam Connection”，然后選擇相應的梁連接。
3. 指定載荷的大小。
4. 若螺栓預緊力在顯式階段使用，需額外設置 “Initialization End Time”，以明確加載的終止時間。
對實體施加螺栓預緊力的操作步驟：
1. 右鍵點擊 Environment 樹對象或活動的 Dynamic Relaxation 對象，選擇 “Insert”>“Bolt Pretension”。
2. 將 “Scoping Method” 設置為 “Geometry Selection”（幾何選擇）或 “Named Selection”（命名選擇），然后選擇實體
3. 指定一個坐標系來定義切割平面。該切割平面以所選坐標系的原點為中心，并與 X - Y 平面對齊。
4. 利用 “Tabular Data” 字段將預載應力定義為時間的函數，通過 “Shear Stress Flag” 定義作用于實體的剪應力類型。
注意事項
? 螺栓預緊載荷不支持完全重啟。
展開 lsdyna中動力松弛-螺栓預緊力加載-beam
1.問題描述
當一組零件中有螺栓的存在，螺栓會添加一個預緊力，之后組件受到其他的沖擊碰撞等受力，查看整體變形和應力分布情況
2.問題分析
由于lsdyna自身的原因，計算的步長受到材料密度、彈性模量、網格大小等因素影響，不可控制，只能計算很短時間內的一個變形。如果延長時間則計算量過大，沒有意義了。
那么在常規方法在lsdyan中，只能在0.001s內施加螺栓預緊力，組件在短時間內受到螺栓預緊力的作用就會在后期產生抖動，對于后續加載的沖擊碰撞等載荷后產生影響，那么如何消除這個現象？
3.動力松弛方式加載
3.1建立梁連接
在螺栓添加之間建立一個梁連接，設置好對應的接觸面，梁連接的好處是僅僅考慮質量慣性，沒有自身的彎曲，預緊力中載荷加載和靜力學相同，為切斷圓柱方式.
3.2加載動力松弛
在設置中可以添加dynamic relaxation，并且添加bolt pretension，設置如下所示，其中動力松弛中的方法設置為implicit隱式算法，螺栓預緊力中添加螺栓載荷.
3.3結果查看
在lsdyna中計算0.01s的時間，查看變形和應力結果，可以看到螺栓預緊力將兩個梁壓彎，但是并沒有產生過大的抖動，達到了初始預緊力的加載需求
4.靜力學+動力松弛方法加載預緊力
4.1靜力學計算
按照常規方式在靜力學中加載螺栓預緊力100N，獲取靜力學的變形
4.2靜力變形+動力松弛
在lsdyna中讀取靜力學變形，再添加一個lsdyna模塊，將結果導入lsdyna，如圖所示。得到的結果只能是位移變形，這樣就能得到初始的預添加受力的變形了.
展開 【螺栓預緊力加載后工作載荷如何施加】
問題描述：兩塊板solid1和solid2 通過螺栓bolt連接，solid 1 左側上部分和下部分約束xyz位移，工作載荷pressure加載于solid2右側的上、下部分，圖1所示，其中solid 1、solid 2和bolt相關位置均定義contact接觸。
螺栓施加預緊力見圖2.
預緊力大小16000N，工作載荷轉換為螺栓軸向力約60000N。
圖1
tools---bolt preload 施加預緊力
圖2
圖2 局部放大
loadcase設置如下
進行非線性接觸分析，結果位移云圖
始終不明白錯誤在哪。求大神指教！
PS：mpc法螺栓預緊力原理
始終不明白錯誤在哪。求大神指教！我擔心是預緊力施加后自動生成的控制節點不能將工作載荷press傳遞到左側，急求指教！
MPC螺栓預緊力.pdf
展開 
不同螺栓預緊力下數控轉臺臺面振動分析
圖5為模型中轉臺臺面30號節點在不同預緊力下臺面受動態力時的位移響應曲線。從圖5中可以看出，不同預緊力下臺面30號節點處振動的最大幅值為3.4×10-4mm，遠小于JB/T 11173-2011[9]中數控轉臺臺面的端面跳動值，說明其性能符合要求。在加載動態力的初始階段，該節點處位移隨著動態力的加載而增大，在3.05s時動態力衰減為零，該點的位移響應也逐漸衰減至0。預緊力為1kN時該節點最大幅值約為3.4×10-4mm，預緊力10kN時最大幅值約為2.5×10-4mm，預緊力20kN時最大幅值約為2.2×10-4mm，不同預緊力下曲線的趨勢相同，但曲線振動的幅值稍有差異。模型中臺面上其他節點在1kN、10kN及20kN預緊力下的位移響應曲線和圖5類似，趨勢相同，在1kN預緊力下的響應幅值大于10kN及20kN下的幅值，而10kN預緊力下的響應幅值大于20kN下的幅值。
這表明預緊力對數控轉臺的動態響應有影響，預緊力增大，轉臺臺面振動幅值減小。適當增加預緊力大小能夠增大連接的剛性，減小臺面的振動，進而提高機床的加工精度。
4 結論
1）以某齒輪復合加工機床與數控轉臺間螺栓連接為研究對象，對預緊力作用下的螺栓連接進行靜力分析，其最大應力與理論計算值相比，誤差為2.46%，模型中螺栓連接的應力分布情況與實際相符，表明該轉臺與主機模型能準確的模擬二者之間的連接關系。
2）分析了轉臺與主機不同螺栓預緊力下，臺面承受動態載荷時的動態響應。其結果表明，轉臺在承受動態載荷時，不同的預緊力會致使數控轉臺臺面振動幅值變化，預緊力增大，臺面振動幅值減小，適當增加預緊力能夠減小臺面的振動幅值，從而提高機床的加工精度。
3）完成了某機床與數控轉臺在不同預緊力下螺栓連接的有限元分析，后續將對仿真結果進行實驗驗證。
展開 Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
基于Workbench的螺栓/螺釘預緊力仿真及螺栓強度校核的方法 ￥10
也就是得到螺釘的最大預緊力及最小預緊力。該部分需要結合連接結構件的材料特性、外載荷、振動、溫度環境等多種環境最終確定最適預緊力，后續可逐步介紹。其中螺栓、螺母的仿真與該部分內容類似，這里不再介紹。
3）預緊力與工程扭矩如何換算，如有需要，后續也可進行介紹。
螺栓預緊力分析-ABAQUS
通過這個實例，我們通過分析給螺栓連接模型施加預緊力來檢驗預緊力的影響。螺栓等緊固件的預緊可以防止螺栓在振動工況下松動，即使在沖擊等動態環境中也可以提高相對穩定性。
本案例的視頻版教程(step by step)：螺栓預緊力-ABAQUS (包括三節視頻，可供練習的幾何模型）。
如有需要可購買觀看。
