預(yù)緊力螺栓Pre-tension_abaqus_by_gy

1、產(chǎn)品: ABAQUS/Standard  ABAQUS/CAE  概覽裝配載荷：· 能用來模擬結(jié)構(gòu)中的緊固載荷· 施加在用戶定義的預(yù)緊截面上· 施加在與預(yù)緊截面相關(guān)的預(yù)緊節(jié)點上· 需要預(yù)緊載荷的指定或緊固調(diào)整裝配載荷的概念下圖是一個簡單的例子來解釋裝配載荷的概念。圖1 裝配載荷示例容器A是由螺栓預(yù)緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子，如圖1所示。在standard中，預(yù)緊的模擬是通過在螺栓內(nèi)添加一個“切割面”或預(yù)緊截面，并使其承受一拉伸載荷實現(xiàn)的。通過修改預(yù)緊截面一側(cè)的單元， standard可以自動調(diào)整預(yù)緊截面上

2、螺栓的長度，以獲得想要的預(yù)緊力值。后續(xù)的分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內(nèi)的其他載荷，螺栓是作為標(biāo)準(zhǔn)的變形組件存在。 創(chuàng)建裝配載荷ABAQUS/Standard允許通過實體單元、桿單元或梁單元定義緊固件件的裝配載荷。分析步中定義裝配載荷不會隨著單元類型的不同而顯著不同。1、使用實體單元創(chuàng)建預(yù)緊在實體單元中，預(yù)緊截面是在螺栓內(nèi)、將螺栓切割成兩部分的一個面(見圖2)。對于有幾個不同片段組成的緊固件，預(yù)緊截面可以是一組面。圖2 使用連續(xù)單元定義的預(yù)緊截面基于單元的面包括單元和表面信息。必須將該面轉(zhuǎn)化成預(yù)緊截面以便預(yù)緊載荷能施加在該截面內(nèi)的控制節(jié)點上。輸入文件：使用下列選項來創(chuàng)建

3、基于實體單元的預(yù)緊截面：*SURFACE，TYPE=ELEMENT，NAME=面的名稱*PRE-TENSION SECTION，SURFACE=面的名稱，NODE=節(jié)點編號ABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load。1)對齊控制節(jié)點到預(yù)緊截面裝配載荷通過預(yù)緊截面上的預(yù)緊節(jié)點傳遞。預(yù)緊節(jié)點不屬于模型中的任何單元。它只有一個自由度(自由度1)，該自由度表示切割面法向兩側(cè)的相對位移，見圖3。該節(jié)點的坐標(biāo)或位置并不重要。圖3 預(yù)緊截面的法向，該法向是遠(yuǎn)離下層單元的方向2)定義預(yù)緊截面的法向ABAQUS/Standard計

4、算截面的平均法向在面的正方向上，遠(yuǎn)離產(chǎn)生截面的實體單元的方向就是預(yù)緊力施加的方向。也可以自行指定法向(當(dāng)期望的載荷方向與預(yù)緊截面的平均法向不同時)，對于大位移分析，該法向不會更新。3)組織預(yù)緊截面另一側(cè)的單元對于所有通過至少一個節(jié)點連接到預(yù)緊截面的單元，ABAQUS/Standard必須決定每個單元位于預(yù)緊截面的哪一側(cè)。該過程對于預(yù)緊載荷正常工作起著至關(guān)重要的作用。用來定義截面的單元在本討論中作為“基單元”的概念被提起的。所有在截面同一側(cè)的、作為基單元的單元作為“下層單元”的概念被提起。所有連接到截面并共享該面(或二維問題的邊)的基單元會被添加到下層單元列表中。這是一個重復(fù)的過程，使ABAQU

5、S/Standard能在幾乎所有網(wǎng)格(包括三角形、楔形、四面體和內(nèi)嵌梁、桿、殼和膜單元)中找到定義面時未被使用的下層單元。見圖4。圖4 用來查找下層單元的基單元在多數(shù)情況下，該過程會將所有連接到截面并構(gòu)成兩個區(qū)域的單元分成組，如圖5所示。少數(shù)情況下，該過程會分組單元超過兩個區(qū)域，特別是當(dāng)線單元橫跨單元邊界時。圖5 發(fā)現(xiàn)額外的下層單元對于非區(qū)域1的其它區(qū)域，需要另外的分析步來決定該區(qū)域位于截面的哪一側(cè)。對于所有屬于截面的該區(qū)域內(nèi)的節(jié)點，ABAQUS/Standard計算一個平均法向， n， 也計算所有這些節(jié)點的一個平均位置(A)。此外，還計算該區(qū)域內(nèi)剩余節(jié)點的一個平均位置(B)。如果法向n和向量

6、AB的數(shù)量積是負(fù)的，則假設(shè)該區(qū)域是一個下層區(qū)域，并將其添加到區(qū)域1中。這個另外的分析步解釋如圖5的區(qū)域2和3 。這個另外的分析步對于梁單元會產(chǎn)生不正確的分割，因為梁作為下層單元將不會被發(fā)現(xiàn)，如圖6。圖6 下層單元不會被發(fā)現(xiàn)(梁單元)如果預(yù)緊截面包括不固定的形狀并且有一個或多個橫跨單元邊界的線單元與之相連，請參看.dat文件中的下層單元列表來確定下層單元是正確列出的。 只連接到預(yù)緊截面上節(jié)點的單元(比如SPRINT1、DASHPOT1和MASS單元)不會包含在下層單元中，他們都被認(rèn)為屬于截面的另一側(cè)。2、使用桿或梁單元創(chuàng)建預(yù)緊當(dāng)使用桿或梁單元創(chuàng)建預(yù)緊組件時，預(yù)緊截面會縮減到一個點。假設(shè)截面位于單

7、元的最后一個節(jié)點上，其法向沿著從第一到最后節(jié)點的方向。所以，只要指定要施加裝配載荷的單元和相應(yīng)的預(yù)緊節(jié)點，就可以完全定義截面。輸入文件：使用下列選項來創(chuàng)建基于實體單元的預(yù)緊截面：*PRE-TENSION SECTION，ELEMENT=單元編號，NODE=節(jié)點編號ABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load。與基于面的預(yù)緊截面一樣，預(yù)緊節(jié)點也只有一個自由度(自由度1)，它表示切面法向兩側(cè)的相對位移，如圖7。節(jié)點的坐標(biāo)不重要。 圖7 使用桿或梁單元定義預(yù)緊截面1)定義預(yù)緊截面的法向ABAQUS/Standard從下層

8、單元的第一到最后節(jié)點的向量計算法向。也可以直接指定截面的法向，該法向在大位移分析中不會更新。定義多個預(yù)緊截面可以通過重復(fù)預(yù)緊截面定義的輸入定義多個預(yù)緊截面。每個預(yù)緊截面要擁有自己的預(yù)緊節(jié)點。使用節(jié)點坐標(biāo)局部坐標(biāo)不能用于預(yù)緊節(jié)點，只能用于預(yù)緊截面上的節(jié)點。施加裝配載荷預(yù)緊載荷通過預(yù)緊節(jié)點在預(yù)緊截面上傳遞。1)施加預(yù)緊力可以施加集中載荷到預(yù)緊節(jié)點。該載荷是一個自平衡的力，沿著預(yù)緊截面的法向在預(yù)緊截面上傳遞。輸入文件：*CLOADABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load。圖8 施加在預(yù)緊節(jié)點上的裝配載荷，沿著方向n作

9、用2)規(guī)定緊固調(diào)整可以通過在預(yù)緊節(jié)點定義非零邊界條件規(guī)定預(yù)緊截面的緊固調(diào)整。輸入文件：*BOUNDARYABAQUS/CAE：load模塊：Create load：在Category選擇Mechanical，及Bolt load，選擇面，如果必要選擇軸線：Method：Adjust length3)控制分析過程中的預(yù)緊節(jié)點可以通過使用邊界條件固定自由度在分析步開始時的當(dāng)前值來維持預(yù)緊截面的初始調(diào)整，該技術(shù)使預(yù)緊截面上的載荷根據(jù)外部施加的載荷來維持平衡。如果截面的初始調(diào)整未被維持，則緊固力將保持常數(shù)。當(dāng)預(yù)緊節(jié)點不是由邊界條件控制，確信結(jié)構(gòu)的組件是耦合約束的，否則，結(jié)構(gòu)會由于剛體模式的存在而分開。

10、如果在分析的第一個分析步內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何邊界條件或載荷在預(yù)緊節(jié)點上，ABAQUS/Standard將發(fā)出一個警告信息。顯示結(jié)果ABAQUS/Standard自動調(diào)整預(yù)緊截面處組件的長度來獲得規(guī)定數(shù)量的預(yù)緊。該調(diào)整是通過移動下層單元在預(yù)緊截面上的節(jié)點實現(xiàn)的。結(jié)果，下層單元將變現(xiàn)出縮短，盡管當(dāng)預(yù)緊力施加時它們承受的是拉應(yīng)力。使用裝配載荷的限制有以下限制：· 裝配載荷不能在子結(jié)構(gòu)內(nèi)指定。· 如果執(zhí)行子模型分析，預(yù)緊截面不能橫跨驅(qū)動節(jié)點。就是說，預(yù)緊截面應(yīng)該是完全的整體模型而不屬于子模型的一部分或完全是子模型的一部分。后續(xù)分析中，當(dāng)執(zhí)行子模型分析時，預(yù)緊截面也必須在子模型內(nèi)。·

11、; 預(yù)緊截面上的節(jié)點不應(yīng)連接到有多點約束的其它實體上。這些節(jié)點可以連接到有方程約束的其它實體上，但是連接預(yù)緊截面上一節(jié)點和截面下層一側(cè)節(jié)點的方程會引入約束，因此，會影響預(yù)緊載荷的施加；另一方面，連接預(yù)緊截面上節(jié)點和截面另一側(cè)節(jié)點的方程不會影響預(yù)緊載荷的施加。求解序列任何ABAQUS/Standard使用位移自由度單元類型的求解序列都可以使用。當(dāng)規(guī)定初始預(yù)緊時，靜態(tài)分析是最可能的求解序列，其它分析比如溫度-位移耦合分析也可使用。一旦施加了初始預(yù)緊，靜態(tài)或動態(tài)分析可以用來施加額外的載荷來維持緊固調(diào)整。輸出預(yù)緊截面上的合力是預(yù)緊節(jié)點上反力加上任何施加到該節(jié)點的集中載荷的和。使用輸出變量TF可以輸出預(yù)

12、緊截面上的合力。合力的方向是沿著法線方向，預(yù)緊截面上的剪切力不能輸出。T預(yù)緊截面的緊固調(diào)整作為預(yù)緊節(jié)點的位移可用。位移輸出使用U，只有垂直于預(yù)緊截面的調(diào)整可以輸出，因為無其它方向的調(diào)整。預(yù)緊截面上的應(yīng)力分布不能直接使用，但是，下層單元的應(yīng)力能很容易被顯示。綁定接觸對能附著在預(yù)緊截面位置來通過CPRESS和CSHEAR輸出應(yīng)力分布。輸入文件模板*HEADING定義裝配載荷，例子使用的是實體單元*NODE可選定義預(yù)緊節(jié)點*SURFACE,NAME=名字?jǐn)?shù)據(jù)行：指定單元和相應(yīng)的面來定義預(yù)緊截面*PRE-TENSION SECTION,SURFACE=名字,NODE=預(yù)緊節(jié)點*STEP* 預(yù)緊截面的使

13、用*STATIC控制時間增量步的數(shù)據(jù)行*CLOAD預(yù)緊節(jié)點,1,預(yù)緊力的值或者*BOUNDARY,AMPLITUDE=amplitude預(yù)緊節(jié)點, 1, 1,緊固調(diào)整*END STEP*STEP*保持緊固調(diào)整并施加新的載荷*STATIC 或 *DYNAMIC控制時間增量步的數(shù)據(jù)行*BOUNDARY,FIXEDpre-tension_node, 1, 1*BOUNDARY定義其他邊界條件的數(shù)據(jù)行*CLOAD 或 *DLOAD定義其他載荷條件的數(shù)據(jù)行*END STEP創(chuàng)建螺栓載荷1)理解螺栓載荷螺栓載荷建立緊固力或長度調(diào)整模型，如圖9所示，容器A是由螺栓預(yù)緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子。 圖

14、9 預(yù)緊螺栓載荷可以在第一個分析步中施加螺栓載荷來建立緊固螺栓內(nèi)的拉力，方式是集中力或規(guī)定長度的改變，可以在螺栓橫截面上施加載荷。后續(xù)分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內(nèi)的其他載荷，螺栓是作為標(biāo)準(zhǔn)的變形組件存在。 當(dāng)創(chuàng)建螺栓載荷，必須指定： 定義螺栓橫截面的面 ABAQUS/CAE施加螺栓載荷在橫截面上。該面必須切斷螺栓幾何。ABAQUS/CAE 在該位置創(chuàng)建一個“內(nèi)部”面。如果你正面對內(nèi)部創(chuàng)建的或?qū)氲穆菟▽嵗?，通常將螺栓在需要的位置分割開是很必要的。如圖10。 圖10 分割螺栓幾何如果你正面對一個孤立網(wǎng)格，必須通過選擇單元面來定義橫截面。如圖11。 圖11 使用單元面來

15、定義螺栓橫截面注意：只可以施加螺栓載荷在三維實體、二維實體和三維線框上。不支持二維和軸對稱線框。 螺栓軸線 如果定義螺栓載荷在一實體區(qū)域上，必須選擇基準(zhǔn)軸或基準(zhǔn)坐標(biāo)系的一個軸來定義螺栓軸線(如果不是垂直于橫截面)。如果在線框區(qū)域定義螺栓載荷，螺栓軸線總是被假定為橫截面處的線框切向。ABAQUS/CAE使用定義的橫截面和螺栓軸線來定義預(yù)緊截面數(shù)據(jù)，還有一個預(yù)緊參考節(jié)點。 施加載荷的方法 當(dāng)創(chuàng)建螺栓載荷，必須選擇下列方法之一： l 施加力在螺栓上。該方法創(chuàng)建緊固螺栓來承受指定載荷。l 調(diào)整螺栓長度。該方法創(chuàng)建緊固螺栓直到其自由長度由指定值改變。l 固定螺栓的當(dāng)前長度。該方法僅當(dāng)已經(jīng)在第一個分析步中

16、創(chuàng)建了螺栓而且當(dāng)前正在隨后的分析步中編輯它才可用。該方法允許螺栓長度保持不變以使螺栓中的力根據(jù)模型的響應(yīng)來改變。所選方法的大小 如果施加力給螺栓，必須輸入力的大小；如果調(diào)整螺栓長度，必須輸入長度改變值。只可以在第一個分析步創(chuàng)建螺栓載荷，但可以在隨后分析步中更改載荷方法或載荷大小。例如，可以在第一個分析步施加特定的拉力，然后在第二個分析步改變方法來固定螺栓長度。2)創(chuàng)建和編輯螺栓載荷從主菜單選擇Load>Create來創(chuàng)建螺栓力或長度調(diào)整。為定義螺栓載荷：a) 如果面對的是內(nèi)部創(chuàng)建的或?qū)氲膸缀?，?chuàng)建一個分割來表明需要的螺栓載荷位置。b) 如果面對一個實體實例，創(chuàng)建基準(zhǔn)軸表明螺栓軸線的方系，也可以創(chuàng)建坐標(biāo)系并使用它的軸來表明螺栓軸線的定位。c) 從主菜單，選擇CAE將顯示Create Load對話框d) 在Create Load對話框，做如下：l 從Catego