螺栓連接的案例
【12月12-15日 北京】焊接、螺栓連接結構與過盈裝配結構有限元計算培訓
螺栓結構強度校核與
安全性評價方法
1、螺栓預緊載荷
2、普通螺栓連接的設計與計算（受拉、受剪及扭矩、剪力和軸力共同作用）
3、高強螺栓連接設計與計算
4、螺栓后處理工具——Bolt Tool
5、無螺栓采用綁定接觸模擬螺栓連接結構的分析方法
6、采用梁單元模擬螺栓進行螺栓連接結構的分析方法
7、采用實體單元模擬螺栓進行螺栓連接結構的分析方法
8、采用joint施加螺栓預緊載荷模擬螺栓連接結構的分析方法
工程范例-1：螺栓連接結構的無螺栓、綁定接觸分析計算實例
工程范例-2：螺栓連接結構采用梁單元模擬螺栓進行結構分析的方法
工程范例-3：螺栓連接結構采用實體單元模擬螺栓進行結構分析的方法
工程范例-4：螺栓連接結構采用joint施加螺栓預緊載荷的分析方法
工程范例-5：考慮螺紋細節的螺栓連接結構有限元計算
焊接結構強度校核與
安全性評價方法
1、概述
2、點焊連接
3、焊縫連接
4、對焊焊縫的構造、設計與計算
5、角焊縫的構造、設計與計算
6、點焊結構失效模擬
工程范例-1：點焊連接結構有限元計算
工程范例-2：焊縫連接結構有限元計算
工程范例-3：點焊結構失效計算
過盈配合結構
有限元計算
1、過盈配合工藝
2、過盈配合計算公式
3、基于有限元方法過盈配合計算原理
4、過盈配合計算中主要參數及其關系
工程范例-1：結構冷裝配過盈配合模擬
工程范例-2：結構熱裝配過盈配合模擬
工程范例-3：工程壓入法過盈裝配模擬
展開 ANSA中的螺栓連接
如圖9，最終生成的螺栓，及其管理窗口的狀態。
三、總結
綜上，ANSA螺栓連接技術方便快捷，可以有效地應用于前處理建模中。
ANSA中的螺栓連接.pdf
【8月16-19日 北京】焊接、螺栓連接結構與過盈裝配結構有限元計算研修班
2.1.2實體單元法
2.2焊縫連接結構的建模方法
3.過盈裝配結構的建模方法
工程范例-1：螺栓連接結構建模實例
①真實建模實例 ②螺栓耦合建模實例
③考慮螺紋的ansys螺栓精細化建模實例
工程范例-2：點焊結構建模實例
工程范例-3：焊縫連接結構建模實例
工程范例-4：過盈裝配結構的建模實例
螺栓、焊接連接結構與過盈裝配結構分析基礎——
接觸處理方法
1.接觸算法 2.接觸剛度
3.穿透容差 4.接觸作用模式
5.Pinball區域 6.初始接觸狀態調整
7.摩擦接觸
工程范例-1：螺栓預緊非線性接觸分析
工程范例-2：過盈配合輪軸有限元計算
螺栓結構強度校核與安全性評價方法
1.螺栓連接計算常用規范（VDI 2230） 2.螺栓預緊載荷
3.普通螺栓連接的設計與計算（受拉、受剪及扭矩、剪力和軸力共同作用）
4.高強螺栓連接設計與計算 5.螺栓后處理工具——Bolt Tool
6.無螺栓采用綁定接觸模擬螺栓連接結構的分析方法
7.采用梁單元模擬螺栓進行螺栓連接結構的分析方法
8.采用實體單元模擬螺栓進行螺栓連接結構的分析方法
9.采用joint施加螺栓預緊載荷模擬螺栓連接結構的分析方法
工程實例-1：法蘭連接結構的無螺栓、綁定接觸分析計算實例
工程實例-2：法蘭連接結構采用梁單元模擬螺栓進行結構分析的方法
工程實例-3：法蘭連接結構采用實體單元模擬螺栓進行結構分析的方法
工程實例-4：法蘭連接結構采用joint施加螺栓預緊載荷的分析方法
工程實例-5：考慮螺紋細節的螺栓連接結構有限元計算
展開 拉力作用下高強螺栓連接的ansys模擬
采用大型有限元分析軟件ＡＮＳＹＳ,對鋼結構高強度螺栓連接的受力分布規律進行了計算和分析,得出了該構件的受力分布圖,從理論上對高強度螺栓連接的破壞形式和受力變化進行了分析研究,為進一步改進高強螺栓連接構件的受力狀況和結構設計提供了必要的理論依據。
引言
鋼結構高強度螺栓連接具有施工簡單、耐疲勞、可拆換、連接的整體性和剛度較好等優點，是鋼結構中所廣泛采用的一種連接方式。因此有必要對其具體受力進行分析研究，本論文利用有限元軟件ansys模擬了一高強度螺栓構件在受拉力作用之下的應力狀況。
1 螺栓連接構件基本參數
1．1 高強度螺栓的預拉力
高強度螺栓的預拉力是施加在連接構件上，產生了結構的整體性，通常來講希望能盡量高些，但為了保證螺栓不會在擰僅過程中發生屈服或斷裂，規范GBJ 17—88規定預拉力設計值按下式確定：
其中fy是鋼材的條件屈服強度；Ae為螺栓在螺紋處的有效截面面積。
1．2 連接處構件接觸面的處理和抗滑移系數
高強度螺栓有摩擦型和承壓型兩種受里方式，本文僅僅討論摩擦型高強螺栓結構結構；對于摩擦型高強螺栓而已，其構件的接觸面（摩擦面）通常經特殊處理，使其凈潔并粗糟，以提高其抗滑移系數μ；對于本論文中抗滑移系數選取為0.4。
2 高強螺栓連接有限元模型的建立
主要目的是通過ANSYS的3D實體建模，分析高強度螺栓抗拉在高溫下的工作性能以及溫度對高強度螺栓抗拉和抗剪的極限承載力的影響。建模過程中利用ANSYS的Pre－tension功能，施加高強度螺栓的預拉力，利用接觸單元來考慮螺栓和孔壁的接觸與分開的情況以及連接板之間的摩擦作用。
展開 
Ansys Workbench提取螺栓連接面載荷方法記錄 ￥10
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
2.螺栓連接面位置因載荷分布不均產生的彎矩
詳細步驟：
1.螺栓連接面位置的載荷提取，需要在結果輸出中打開節點力輸出項“Nodal Forces-Yes”
2.需要在螺栓連接面位置創建局部坐標系和虛擬結構面
展開 Workbench螺栓連接的模擬方法
螺栓連接在有限元計算中是一個老生常談的話題了，對于一個產品，在裝配的時候會有很多螺栓，但在很多時候，我們關注的是結構的整體強度，這時我們在對產品進行有限元分析時，就沒有必要將所有螺栓進行實體建模，在Workbench中就提供了一種模擬螺栓連接的簡便方法，下面就與大家共同探討一下，如何在Workbench中進行螺栓連接的模擬。
將模型導入到Workbench，在DM中打開，如圖1，兩個孔處即是螺栓孔，在DM中我們通過Tool>Mid-Surface工具對其進行抽取中面（這里抽取中面是為了簡化計算），如圖2。
圖1
圖2
我們采用static structural模塊進行分析，在Engineering Data中定義結構鋼和鋁合金材料，兩塊板為鋁合金材料，螺栓為結構鋼材料。
進入Model模塊，在Connections選項中Insert>Beam，通過Beam連接我們就可以模擬螺栓連接，在Beam連接的詳細設置中，Material為螺栓材料，Radius為螺栓半徑，Scop表示連接類型，這里保持默認，表示體與體進行螺栓連接，我們可以在Reference與Mobile下的Scope中一次選擇螺栓孔的邊線，選擇后坐標數據自動填充，如圖3這樣即可定義螺栓連接，如圖4.
圖3
圖4
接下來我們進行網格劃分，添加約束，與載荷。通過Beam連接模擬的螺栓同樣可以添加螺栓預緊力，添加方法如下，插入Bolt Pretension，在Scoping Method下選擇通過Beam連接方式施加預緊力，并選擇相應的Beam連接，在preload處施加預緊力，如圖5。
圖5
對與螺栓預緊力的加載，我們通過兩個載荷步施加，在第一載荷步上加載預緊力，第二載荷步將預緊力鎖死，如圖6。
展開 hypemesh二次開發-自動創建螺栓連接
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1
引言
本文要實現的主要功能為運用hypemesh軟件，實現螺栓連接的半自動化創建，提升建模效率和準確度。
2
基本思路
hypemesh的Bolt面板可以較為簡便的創建螺栓連接，其基本操作流程如下：
1.進入螺栓創建面板：1D-connetors-bolts
2.設置螺栓類型：
在type面板下設置螺栓連接的類型
3.選擇創建螺栓連接位置：
在location 下選擇要創建螺栓連接的節點位置，可以為圓心位置，也可以為圓上的一個節點
4.選擇要創建螺栓連接的部件：
在num layers 中選擇要創建螺栓連接的層數（兩層、三層或者更多），在connect what 中選擇要創建連接的部件
5.設置容差，完成連接創建
在tolerance中設置容差，其余可保持默認設置，點擊create ，可完成螺栓連接的創建。
展開 Simcenter 3D螺栓連接1D連接以及邊界條件
如下圖所示：
圖4-3RBE2（左）和RBE3（右）元素中的雙依賴節點
06
一維網格到面的連接
使用一維連接的一維網格到面，類型將一維網格上的節點連接到所選面上的節點。當您需要將一維晶格網格上的自由節點連接到實體網格面上的節點時，此選項很有用。
軟件將所選節點沿法線投影到指定的面上。
如果投影節點位于面之外，但在此容差值內，軟件將使用該節點創建指定類型的連接元素。
如果投影節點位于面之外且超出此容差值，則 軟件不會使用該節點創建指定類型的連接元素。
圖5-1相鄰主體表面上的一維晶格網格和2D網格
圖5-21D 桿單元將晶格網格上的節點連接到相鄰主體上的2D網格中的節點
07
螺栓連接
使用“螺栓連接”命令對以下類型的有限元螺栓連接進行建模：
用螺母固定到位的螺栓。
螺紋（螺紋）孔中的螺栓。
螺栓型連接，僅由兩個配接體之間的連接平面上的蜘蛛單元表示。
圖6-1螺栓連接
圖6-2帶螺母效果
圖6-3沉孔效果
08
使用彈簧元件對螺栓的柄進行建模
還可以將螺栓的柄建模為零長度彈簧元件，而不是梁單元。如果要直接定義螺栓連接處的剛度并使力恢復更簡單，則可能需要使用彈簧單元對螺栓進行建模。求解模型時，可以提取彈簧位置處的力或力矩。但是，如果需要對螺栓施加預載荷，則必須使用梁單元對螺栓的刀柄進行建模。在“螺栓連接”對話框中，選擇“使用彈簧元素將頭部連接到螺母”或“使用彈簧元素連接頭部到絲錐”選項，以使用零長度彈簧元素而不是梁元素對螺栓的柄進行建模。如果使用彈簧單元對螺栓的柄進行建模，則軟件會在主體的中間創建兩個重合的節點，并在這些實體上定義頭部和螺母或頭部和絲錐。
展開 復合材料螺栓連接視頻模型及UMAT/VUMAT子程序 ￥200
1.復合材料螺栓連接視頻教程；
2.復合材料螺栓連接UMAT子程序；
3.復合材料螺栓連接VUMAT子程序；
4.復合材料螺栓連接接觸視頻案例
螺栓連接結構的處理方式
螺栓連接是機械零部件間最常用的連接方式之一，而且在一些領域，裝配式越來越熱。螺栓連接在有限元結構分析是該如何處理呢？
其實關于這個問題，大家能在很多渠道找到各種不同軟件的不少處理方式：
采用剛性單元連接對應的兩螺栓孔；
采用梁單元連接對應的兩螺栓孔；
兩零件接觸面間定義摩擦接觸，對簡單螺栓模型上先施加預緊力，鎖定后再施加外載；
有的軟件還具備得用簡單螺栓模型，結合螺紋參數，得到更好獲得的螺牙處的應力分布；
也有建立詳細螺牙細節模型，考慮墊片（單元及材料屬性）納入整體分析計算的。
在汽車碰撞領域，還有專門對鈑金件上的螺栓孔關于網格劃分處理的規范要求。
。。。。。。
那么關于這些處理方式，到底哪個是對的呢？
其實，在我看來，這個問題沒有答案。或者說，處理方式沒有對錯之分，只有選用的是不是合適的差別。
做任何一項分析，首先也是最重要的事項，應該是：明確分析目的。這個是要跟團隊中的設計工程師或是需求方仔細溝通明確的，不然可能會導致后續工作的反復，或是影響分析的價值。
明確分析需求，制定相應的分析方案。而在面對結構的細節處理時，就需要根據自己的分析目的來選擇性處理。宗旨相當是，細節處理的方式不影響到你想到的目標結果，并盡可能以最少的計算資源來處理，以提高工作效率。
這可能說的有些寬泛了，稍微具體的來說。在我的項目經驗中，大型設備內部的螺栓連接是比較多的。通常我會根據分析目標，結合分析方案，將這些螺栓、螺釘連接分成幾個類型：
1.螺栓連接處不是分析的重點，只是在分析模型中需要實現載荷在不同零件的傳遞。
對于這種情況，通常我會直接將螺栓組去除，只是在連接面的相關區域建立 綁定接觸。
展開 ABAQUS模擬螺栓連接的方法
1.概述
螺栓連接是結構連接的一種主要方式，在CAE分析中經常遇到，針對不同的情況，通常我們會采取不同的方法來處理。如果仿真的重點在于模擬螺栓，要求輸出螺栓的應力、變形數據等，則將其創建為三維部件進行精細建模；如果螺栓在仿真過程中是次要的，只起簡單的連接和緊固作用，則可以使用MPC約束和梁單元對螺栓進行簡化建模。
作為一款功能強大的通用CAE軟件，ABAQUS處理普通螺栓連接的方式有三種：帶螺紋的實體螺栓、不帶螺紋的實體螺栓和MPC與梁單元組合的螺栓簡化模型。
2.帶螺紋的實體螺栓
對于帶螺紋的實體螺栓仿真，只需在ABAQUS中定義適當的接觸關系，選擇合適的摩擦系數即可，通常使用通用接觸即可滿足計算的要求。
采用這種實體螺栓的仿真計算，雖然得到的結果很精確，但卻大大增加了螺栓模型前處理的工作量（螺栓和螺紋均用六面體網格建模），且計算量大，計算過程中接觸收斂困難。因此，在精度要求不高的情況下，不采用這種實體螺栓模型。
3.不帶螺紋的實體螺栓
為了簡化模型，提高計算的效率，可以創建不帶螺紋的實體螺栓模型。這種情況下，只需在ABAQUS的接觸定義中設置跟實際螺紋形狀有關聯的參數，如牙角、螺距、螺栓小徑等，即可以模擬真實的螺栓連接接觸狀況，得到足夠精確的結果，同時節省了分析的時間，提高分析效率。
若對結果的精度要求不高，或螺栓并不是分析的重點，則直接對不帶螺紋的實體螺栓進行接觸關系設置即可滿足計算要求。
4.使用MPC約束和梁單元模擬螺栓
一般在螺栓只起連接和緊固作用，且不設置相應輸出時使用這種模擬螺栓的方式。
展開 
螺栓連接鈑金應力的CAE評價方法
另外，Yavari的 FEM解析結果得到大的摩擦系數以及小的鈑金寬度會提高連接鈑金安全率的結果，由此保證了基于Ciavarella and Decuzzi解的設計是更偏于安全。
本研究提出了最新的FEM解析和螺栓連接平板的接觸力學有機結合的高效、高精度的螺栓連接鈑金應力評價的CAE方法。本方法（圖1）為使用螺栓模型的鈑金結構進行FEM解析得到螺釘傳遞載荷，然后使用螺釘連接平板的接觸力學計算螺栓連接鈑金的應力。螺栓模型與應力計算模型不僅限定于本文中的模型，可以根據應力計算模型是否考慮螺栓和鈑金的材料(identical or different materials)、接觸面的摩擦(frictionless or frictional)、直徑的間隙(advancing contact clearance fit or receding interference fit)、鈑金的尺寸(infinite or finite plate)以及材料構成法法則(elastic or plastic)，選取合適的理論或經驗的計算方法。王克峰等的調差報告可為選定應力計算模型的提供參考。
2 基于螺釘與平板的接觸力學的應力計算模型
我們的螺栓連接鈑金的應力評價方法的應力計算模型采用了Ciavarella and Decuzzi的螺釘與平板的接觸力學。該理論適用于螺釘與平板是不同的彈性體，兩個彈性體沒有接觸摩擦，螺栓與平板孔的初始直徑是從間隙配合到過盈配合的條件。
3 關于FEM的螺栓模型的檢討
螺絲（螺栓）利用3D形狀建模時，需要龐大的單元數和復雜的接觸計算，因此大多數情況下考慮的是簡化的模型。在這里利用最常用的Beam近似方法嘗試FEM的鈑金解析。
展開 改善螺紋孔螺栓連接面壓分布及變形的方法
螺紋孔螺栓連接
螺紋孔螺栓連接是十分常見的連接形式，當安裝空間不足或不便布置螺母時，這種連接形式就成為了首選方案。
2. 螺紋孔螺栓連接的不足
一般情況下這種連接形式可以滿足常見的應用需求，但部分應用中這種連接形式存在一定先天不足。
例如：
1，用于密封面時，這種連接形式的面壓分布均勻性較差，可能導致泄漏。
2，孔口部位變形較大，用于輕金屬時更加明顯（輕金屬彈性模量和屈服強度普遍偏低）。
與通孔螺栓連接不同，螺紋孔螺栓連接的“變形體”體積較小，帶來的影響就是螺紋孔孔口的變形、應力都比較高，而且這部分材料承受了拉伸力，造成局部材料變形。
當螺紋孔螺栓連接用于密封應用時，被連接件之間通常存在密封墊，密封墊剛度低，孔口局部變形更加明顯。這也造成密封墊的面壓分布不均，嚴重時引起泄漏。
3. 改善方法
可以通過在螺紋孔處設計沉孔來改善這些問題，這種方法成本極低且占用空間較少。
在《內燃機設計》（楊連生）中是這樣表述的：
機體上氣缸蓋螺栓孔的上端應有深度約為0.3d1的沉孔（d1為螺紋外徑），以避免氣缸體頂面的局部變形。
可見，在螺紋孔處設計沉孔是作者強烈推薦的設計方案。
使用CAE來分析沉孔的效果。
案例描述：
部件材料：鋼
螺栓規格：M14
螺栓軸向預緊力：60000N
摩擦系數：全部按0.15
螺紋部位采用：螺紋接觸幾何修正
模型：線性，未考慮材料屈服。
螺栓預緊力加載后可以觀察到，螺紋孔周圍的面壓高于遠離螺紋孔的部位。在沒有設計沉孔的部件上，孔口周圍面壓集中度很高，而在具有沉孔設計的部件上，孔口周圍的面壓分布均勻性有很大改善。
展開 ABAQUS 螺栓連接分析案例 ￥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
3、與螺栓預緊相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握靜力學分析相關的材料參數設置
3、理解螺栓連接的分析步的建立
4、學習螺栓連接接觸分析的相互關系的設置
5、了解靜力學網格的劃分
6、學習螺栓預緊載荷的施加
7、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進行螺栓連接的分析。
本案例操提供了分析相關的分析文件。
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Ansys 案例研究 | 剪力作用下的螺栓連接
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結構分析。
1.打開 Ansys Workbench 并插入一個“靜態結構（Static Structural）”系統。
2.在“工程數據（Engineering Data）”下定義材料屬性。
a.選擇“工程數據源（Engineering Data Sources）”，然后選擇“通用非線性材料庫（General Non-linear Materials library）”；
b.從該庫中選擇“結構鋼 NL（Structural Steel NL）”材料。
3.導入“簡單螺栓連接（Simple Bolted Joint）”幾何體。
4.檢查幾何定義。這里有兩塊板、一個螺栓和一個螺母，它們都是實體。由于這些實體是分離的部件，我們需要在它們之間定義接觸。
a.檢查單位，確認對于本次分析已正確設置為公制（mm, kg, s）；
b.對于此案例，為所有體分配"Structural Steel NL"材料，如我們在第2步中所添加的。
5.在實體之間創建接觸。
a.系統已自動生成各體之間的接觸，修改它們使每個接觸具有正確的接觸類型；
b.在兩塊板之間、螺栓頭與頂板之間、螺母與底板之間設置摩擦接觸 （Frictional contact），摩擦系數為0.2。
展開 