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，⑤中需要額外提取接觸反力，⑥只能得到結(jié)論但是較難得到極限抗剪能力，而對(duì)于①⑦及⑧中部分存在的問題會(huì)較多 03 實(shí)體螺栓建模的優(yōu)缺點(diǎn) 從客觀角度講，實(shí)體螺栓建模最大的優(yōu)勢(shì)并不在于螺栓校核方面，而是在于能夠較為準(zhǔn)確地模擬螺栓對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響

摘要：本實(shí)例展示了如何使用經(jīng)濟(jì)軸對(duì)稱模型對(duì)螺栓管法蘭連接進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以及如何評(píng)估軸對(duì)稱模型的精度。模型中使用了多級(jí)子模型分析對(duì)比不同大小子模型對(duì)于分析結(jié)果精度的影響。結(jié)果表明，簡化的軸對(duì)稱子模型在分析精度上具有較好的保真度。關(guān)鍵詞：接觸，螺栓載荷，局部坐標(biāo)系定義1.幾何模型螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)主要包含三部分：法蘭（flange）、螺栓（bolt）、墊片（gasket）。

在實(shí)際機(jī)械裝配體中，部件的連接很多時(shí)候都離不開螺栓類型的結(jié)構(gòu)，如門窗上的合頁需要通過螺絲進(jìn)行緊固，汽車輪轂輪輞需要通過螺栓進(jìn)行連接，腳手架的固定等等都離不開小小螺栓的連接。有限元也是如此，創(chuàng)建螺栓的方式有很多，比較常見的主要有兩種類型，一種是實(shí)體創(chuàng)建，另一種是形式簡化等效方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)，就需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景、研究方向等進(jìn)行考量再應(yīng)用。

介紹 螺栓連接用于將兩個(gè)或多個(gè)零件固定在一起，以形成機(jī)械結(jié)構(gòu)的組件。 為了實(shí)現(xiàn)螺栓連接結(jié)構(gòu)的預(yù)期物理行為，需要一個(gè)詳細(xì)的三維螺栓模型，該模型充分包括螺栓預(yù)緊效應(yīng)和接觸界面處的摩擦行為。然而，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由于問題尺寸限制和與分析整個(gè)結(jié)構(gòu)相關(guān)的計(jì)算成本，螺栓連接的詳細(xì)建模很困難。 可用于二維和三維接觸單元的螺栓螺紋建模技術(shù)提供了簡化的建模，其精度接近于真正的螺栓模型。

但是，如果需要對(duì)螺栓施加預(yù)載荷，則必須使用梁單元對(duì)螺栓的刀柄進(jìn)行建模。在“螺栓連接”對(duì)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(xiàng)，以使用零長度彈簧元素而不是梁元素對(duì)螺栓的柄進(jìn)行建模。如果使用彈簧單元對(duì)螺栓的柄進(jìn)行建模，則軟件會(huì)在主體的中間創(chuàng)建兩個(gè)重合的節(jié)點(diǎn)，并在這些實(shí)體上定義頭部和螺母或頭部和絲錐。該軟件使用零長度彈簧元件連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)之間的螺栓、焊接、鉚接之間的處理是有限元處理的難點(diǎn)，有限元方法處理這類連接結(jié)構(gòu)時(shí)，通常采用復(fù)雜的三維接觸模型或者簡化為一維連接單元的方式處理，當(dāng)螺栓結(jié)構(gòu)的數(shù)量較多時(shí)，模型處理也需要大量的時(shí)間。而在無網(wǎng)格方法中則可以根據(jù)螺栓結(jié)構(gòu)的形狀，自動(dòng)識(shí)別螺栓連接結(jié)構(gòu)，并在螺栓與墊片、螺栓與螺母、螺栓柱與結(jié)構(gòu)連接件，以及結(jié)構(gòu)連接件結(jié)合面之間自動(dòng)添加綁定或者滑移接觸約束等，減少了大量的建模時(shí)間。

結(jié)果表明：(1）基于簡化有限元模型計(jì)算的消隙力對(duì)比實(shí)際結(jié)果偏小，但可反映不同參數(shù)下消隙力的變化規(guī)律，該規(guī)律和實(shí)際相符，且有限元建模快、所需計(jì)算機(jī)資源小、計(jì)算快，可用于方案優(yōu)化；(2）基于接近實(shí)際有限元模型計(jì)算消隙力，需建立套管、螺栓和螺母有限元模型，使用接觸、固聯(lián)和螺栓預(yù)緊力等模擬實(shí)際裝配關(guān)系，計(jì)算的消隙力非常接近實(shí)物試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了方法的有效性，雖然有限元建模比簡化方法慢，但結(jié)果更準(zhǔn)確

1 螺紋連接有限元模型的構(gòu)建 螺紋連接結(jié)構(gòu)由三部分組成：螺栓、螺母和被連 接件。在實(shí)體建模時(shí)，螺栓頭部和無螺紋的螺桿形狀 規(guī)則，只有螺紋段形狀復(fù)雜。且螺栓頭部的六邊形結(jié) 構(gòu)是為了方便施加扭矩以及預(yù)緊螺栓設(shè)計(jì)的，對(duì)螺栓 松動(dòng)沒有影響，因此將螺栓頭部和螺母都簡化成圓柱 體。

如圖所示，螺栓體系主要包含變形行為（螺栓變形+被連接件變形）以及接觸行為（螺母接觸+螺栓頭接觸+螺紋接觸+螺母接觸等）其中變形行為反應(yīng)了螺栓體系受到外力作用后的變形情況，對(duì)應(yīng)螺栓體系的等效剛度，主要包含螺栓等效剛度和被連接件等效剛度接觸行為反映了螺栓體系之間的連接關(guān)系，對(duì)應(yīng)接觸面之間的粘合，分離及滑移因此螺栓連接體系簡化的核心就是：使用各種單元或者連接關(guān)系來等效替代真實(shí)的連接剛度及連接關(guān)系

連接是否可以被假定為粘結(jié)，或者這是一個(gè)組件的裝配，其中各個(gè)部件可以自由滑動(dòng)或分離？ 從有限元分析（FEA）的角度來看，建模設(shè)置可以是貫穿式網(wǎng)格、粘結(jié)、無分離或摩擦接觸。這些不同的建模過程中的每一種在應(yīng)力報(bào)告的準(zhǔn)確性和數(shù)值收斂性方面都會(huì)帶來數(shù)值方面的挑戰(zhàn)。膠粘劑或焊接材料的建模可能會(huì)被包含在模擬中，當(dāng)這些連接件被忽略時(shí)，簡化的假設(shè)可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)值誘導(dǎo)的應(yīng)力奇異。

螺栓連接在有限元計(jì)算中是一個(gè)老生常談的話題了，對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品，在裝配的時(shí)候會(huì)有很多螺栓，但在很多時(shí)候，我們關(guān)注的是結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，這時(shí)我們?cè)趯?duì)產(chǎn)品進(jìn)行有限元分析時(shí)，就沒有必要將所有螺栓進(jìn)行實(shí)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(jìn)行螺栓連接的模擬。

摩擦接觸組合，能夠較為準(zhǔn)確的體現(xiàn)螺栓在受到各種載荷下的變形以及接觸情況，直接影響裝配體靜剛度以及動(dòng)剛度性能的模擬是否準(zhǔn)確，而這也是其它簡化方式很難計(jì)算部分而實(shí)體螺栓建模的缺點(diǎn)也非常明顯首先引入了非線性接觸作用，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間較長，分析類型也受到限制其次實(shí)體螺栓中各種典型體系內(nèi)力不便于獲取或者存在缺失，增大了校核難度為了降低接觸的計(jì)算量和后處理提取內(nèi)力的問題