模擬螺釘
關注創建者：想吃大餐的Mr.Lee 創建時間：2018-06-25
模擬螺釘的視頻教程
精品課程A48-木頭框架螺釘連接組合墻板推覆模擬
本課程為精品課程A48-木頭框架螺釘連接組合墻板推覆模擬。 適用對象： 全國各高校結構工程方向的研究生，尤其是課題與螺釘連接、組合墻體推覆模擬有關的。 課程亮點：非以往視頻的簡單介紹，核心步驟實操講解，各個環節，詳細介紹。干貨中的干貨，精品中的精品。近1個小時的講解，節約您半年的時間，直擊要害，尤其是課題遇到瓶頸，需要新idea的同學，適合購買。
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模擬螺釘的實例教程
如圖，為連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓：
連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓
某結構直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖
C、一些需要考慮的部分
1.螺栓連接的簡化
由于螺紋處的應力應變不是關心的重點，因此，為簡化建模，避免收斂困難，在螺釘和螺孔內表面之間建立綁定約束(tie)。這樣得到的模型會比實際結構剛硬。
建立綁定約束的兩個面在整個分析過程中都會緊密連接在一起，不會分開，如同一個整體。
Tie綁定約束，PositionTolerance(位置誤差限度)設為Specifydistance：XXX。
含義：與主面距離小于此限度的從面節點都會受到綁定約束。對于在位置誤差限度內的從面節點，Abaqus將調整其初始坐標，使其與主面的距離為0。注意不要將值設太大，以免由于調整從面節點位置，而造成較差的單元形狀。
2.預緊力的模擬
在Abaqus中模擬螺釘預緊力的兩種方式：（1）、施加螺栓載荷(boltload)；（2）、定義過盈接觸(contactinterference)。
a、施加螺栓載荷(boltload)
可以模擬螺釘的預緊力和各種均勻預應力。定義螺栓載荷時，需要指定螺釘上的一個受力截面。施加螺栓載荷的方式三種：1、Applyforce：指定預緊力。
展開 通過CAE仿真能夠有效模擬分析螺栓預緊的施加。
在Abaqus中常用以下兩種方式進行螺栓預緊計算：
1、在Load功能模塊中施加螺栓載荷；
使用螺栓載荷（boll load）可以模擬螺釘的預緊力和各種均勻預應力。定義螺栓載荷時，需要制定一個受力截面，以及載荷的方向和大小。施加螺栓載荷的方式有以下三種：
a、Applt force:指定預緊力。
b、Adjust length調整螺栓長度。
c、Fix at current length:保持螺栓當前長度。
螺栓載荷的選擇
選擇螺栓施加的截面
選擇螺栓載荷施加的形式
2、通過定義過盈接觸模擬螺栓預緊；
定義過盈接觸的幅值曲線，進入Iteracion功能模塊，點擊主菜單Tools-Amplitude-Create,點擊Continue，輸入類似下圖所示的分析步時間和幅值，分析步時間根據實際分析步時間來確定。
幅值曲線
以下為元王為某客戶做的螺栓預緊有限元分析。
展開 05 邊界條件、分析步設置
椎弓根的表面由密質骨層覆蓋，彈性模量大，屈服強度高，在螺釘拔出過程中只有很小的變形，且不會被破壞。故將骨質模型的四周全約束，以模擬松質骨被密質骨包裹約束的情況。椎弓根內部填充著松質骨，由骨小梁構成，彈性模量小，屈服強度低，在拔出過程中會達到屈服強度而被破壞，是仿真中重點觀察的區域。加載為施加在螺釘尾部的參考點的軸向位移，將參考點與整個螺釘耦合約束，模擬拔出的過程。分析步共有五個， 設置方式如下表 所示。Incontact 分析步用來保持接觸約束分析穩定。
06 接觸設置
椎弓根釘與骨質模型間的接觸設置由 HyperMesh 中的 contact manager 完成，自動搜索接觸面。根據主從面要求，將接觸對中的主面設置為剛度較大的椎弓根釘表面，從面設置為剛度較小的骨質模型表面。在接觸屬性中定義法相接觸為硬接觸，接觸面光滑。從面結點不允許穿過主面，允許間隔 0.1mm。
在 HyperMesh 中完成模型的所有前處理工作后，導出 inp 文件到 Abaqus 中進行求解，可得到 output request 時間點上的骨質及螺釘應力應變場云圖。
展開 松質骨與鈦合金材料屬性
材料
彈性模量（MPa）
泊松比
松質骨
100
0.2
鈦合金
110000
0.25
邊界條件、分析步設置
椎弓根的表面由密質骨層覆蓋，彈性模量大，屈服強度高，在螺釘拔出過程中只有很小的變形，且不會被破壞。故將骨質模型的四周全約束，以模擬松質骨被密質骨包裹約束的情況。椎弓根內部填充著松質骨，由骨小梁構成，彈性模量小，屈服強度低，在拔出過程中會達到屈服強度而被破壞，是仿真中重點觀察的區域。加載為施加在螺釘尾部的參考點的軸向位移，將參考點與整個螺釘耦合約束，模擬拔出的過程。分析步共有五個， 設置方式如下表 所示。Incontact 分析步用來保持接觸約束分析穩定。
展開 行業應用案例
上圖為加工制造過程流鉆螺釘的模擬，制造過程有一個很重要的特性，制造過程決定了結構最終的強度，如各種連接過程的模擬。上圖通常有6個運動階段，最終得到的力-位移曲線與實驗相比十分吻合。在60ms左右應力有較大提升，這是因為螺釘和工件之間發生接觸。螺紋在材料中形成，且材料沒有導航孔，螺紋和螺釘形成的連接結構的強度由screwing的過程決定，此時可基于在screwing加工過程的模擬最后結果，將EPS等效塑性應變和最終殘余應力合并考慮，進行最后的Pull out拉出模擬，判斷結構強度。這里屬于Two stage分析（兩個階段分析），加工過程以及由加工過程引起的結構強度分析，這兩個過程可以連在一起分析。
自沖鉚接和接頭強度過程模擬，可變形的鉚釘穿過加工件，然后跟底層形成鉚接。實驗中，有兩個參數可以判斷鉚接質量，第一個是自鎖量，這是決定整個強度的關鍵。第二個底部厚度。SPG仿真的結果與實驗結果十分吻合。此外，SPG還可應用于新能源汽車中長纖維增強復合材料的鉚接，材料中間的線代表纖維，由梁單元建立的，基體為SPG，SPG和梁單元之間的耦合采用SPG immerse technology，將這兩種單元耦合在一起來表達這個復合材料。基質材料以及fiber都被鉚釘打穿后進入下一層。
右上案例為日本JSOL公司案例，也可以做鉚接后的結構強度分析。鉚接的破壞不僅發生在鉚釘上，也發生在基質上，常規方法很難抓到這種破壞模態，因為這是以剪切為主的破壞。
Metal Grinding金屬磨削，特別是鋁合合金材料加工過程中，可能會濺出非常多的小的材料碎塊，該過程不適于有限元的單元刪除法，因為有限元單元刪除法可能會導致力偏小。
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加載為施加在螺釘尾部的參考點的軸向位移，將參考點與整個螺釘耦合約束，模擬拔出的過程。分析步共有五個， 設置方式如下表 所示。
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a、施加螺栓載荷(boltload)
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1、在Load功能模塊中施加螺栓載荷；
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a、Applt force:指定預緊力。
b、Adjust length調整螺栓長度。
加載為施加在螺釘尾部的參考點的軸向位移，將參考點與整個螺釘耦合約束，模擬拔出的過程。分析步共有五個， 設置方式如下表 所示。Incontact 分析步用來保持接觸約束分析穩定。
