Abaqus螺栓有限元分析

1、1.分析過(guò)程1.1.理論分析1.2.簡(jiǎn)化過(guò)程如果將Pro/E中的3D造型直接導(dǎo)入Abaqus中進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)出現(xiàn)裂紋縫隙無(wú)法修補(bǔ)，給后期的有限元分析過(guò)程造成不必要的麻煩，因此，在Abaqs中進(jìn)行計(jì)算之前，對(duì)原來(lái)的零件模型進(jìn)行一些簡(jiǎn)化和修整。A. 法蘭部分不是分析研究的重點(diǎn)，因此將其簡(jiǎn)化掉；B. 經(jīng)計(jì)算，M24X3的螺紋的升角很小，在度，因此可以假設(shè)螺旋升角為0;C. 忽略螺栓和螺母的圓角等細(xì)節(jié)；1.3.Abaqus中建模查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到牙型如下圖所示，在Abaqus中按照下圖所示創(chuàng)建出3D模型，如圖1-1所示。同樣的方式，我們建立螺母的3D模型nut，如圖1-2所示。1/12圖1-2建立

2、材料屬性并將其賦予模型。在Abaqus的Property模塊中，選擇Material->Manager->Create，創(chuàng)建一個(gè)名為Bolt&Nut的新材料，首先設(shè)置其彈性系數(shù)。在Mechanical->Elastic中設(shè)置其楊氏模量為193000Mpa，設(shè)置其泊松比為0.3，如圖1-4所示。建立截面。點(diǎn)擊Section->Manager->Creat，建立Solid，Homogeneous的各向同性的截面，選擇材料為Bolt&Nut,如圖1-5所示。將截面屬性賦予模型。選擇Assign->Section,選擇Bolt模型，然后將剛剛建立的截

3、面屬性賦予它。如圖1-3所示。同樣，給螺母nut賦予截面屬性。圖1-3圖1-43/12irEditSectionName:Section-1Type;SoliHomoganeo-usMaterial:bolt&nut|Planestress/strainthickness:Cancel圖1-5然后，我們對(duì)建立的3D模型進(jìn)行裝配，在Abaqus中的Assembly模塊中，我們同時(shí)調(diào)入兩個(gè)模型，然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instance命令對(duì)模型進(jìn)行移動(dòng)，最終的裝配結(jié)果如圖1-6所示。圖1-6第四步，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。進(jìn)入Abaqus中

4、的Mesh模塊，然后選擇Bolt零件，使用按邊布種的方式對(duì)其進(jìn)行布種，布種結(jié)果如圖1-7所示。在菜單Mesh->Control中進(jìn)行如圖1-8所示的設(shè)置使用自由網(wǎng)格劃分，其余設(shè)置使用默認(rèn)。在菜單Mesh->Elementtype中選用如圖1-9所示的設(shè)置。按下Mesh圖標(biāo)，對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終的結(jié)果如圖1-10所示。同樣的方式對(duì)螺母模型nut進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終結(jié)果見圖1-11所示。4/12圖1-7令ConrtrolsElemenifZhapeC1SpjSQHrjr-dominatcdTet二WedgeTechniqueAbi-=AlgonthmSUb&defaultal

5、gorithmNon-standardinterioredementgr&wthSEjfucturE'd:SweepfjBottom-up二iMultiple1.D5GinowtiirateJUse-rri-appedtrimeshinganboundingfaces-where日ppiropd日加Insertboundarylayer?Defaults|Canod|圖1-8圖1-95/12圖1-10圖1-11第五步，創(chuàng)建分析步。在Step模塊中，點(diǎn)擊Step->Manager圖標(biāo)，創(chuàng)建新的分析步，類型為Static,General,名稱為Step-Load，其余使用默認(rèn)

6、設(shè)置即可。第六步，添加約束條件和載荷。在Interaction模塊中，選擇Tools->Surface-Manager,創(chuàng)建如圖1-12所示的表面為集合Load_shang和Load_xia，分別用作加載載荷和約束。選擇Load模塊，在BC->Manager->Creat中創(chuàng)建約束BC-ENCASTED，選擇剛剛定義的Load_xia集合，將6個(gè)自由度全部約束，如圖1-13所示。下面我們?yōu)槟Ｐ吞砑蛹s束，選擇Load->Create，進(jìn)入約束創(chuàng)建界面，選擇約束施加的表面為我們之前設(shè)定的Load_shang，施加的載荷的類型為Pressure，大小為372.835Mpa，具

7、體設(shè)置如圖1-14所示。圖1-12EditBojindaryCoinditionName!EC-Enca&tedType:£ymrrietry/Antisymmetry/EncaEtreInitialRegion;Set-3怎CS-YS:tGLobal)鳥A©X5YMMfUl=UR2=UR3=也：；YS-YMM(U2=UR1=UR3=0):ZYMMCU3=UR1=UR2=0)XASYMMU2=U3=UR1=O：Abaqus/Standardonly)YASYMMCUI=U3=UR2二0;Abaqus/StandardonlyZASYMMCUI=U2=UR3=0：Ab

8、aqus/Standardonly)©PirjRJED(U1=U2=U3=0aENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR2=0)OKCancel圖1-139/12.iEditLoadNsme!Losd-1Type:Pre5.sureStep;Step-loadStatic,Ge-neraI)Region:Load_&h3ng怎Distributior:UnifoTrnrwMagnitude:372.S35Amplitude:Amp-1陽(yáng)OKCancel圖1-14第六步，定義接觸面。接觸面是Abaqus分析中非常重要的一環(huán)。進(jìn)入Abaqus中的Interactio

9、n模塊，先在Tools->Surface菜單中設(shè)置我們要定義的兩個(gè)相互接觸的面。如圖1-15所示，螺栓上的接觸面主要是螺紋的下表面，按著Shift鍵依次將其選中。如圖1-16所示，螺母上的接觸面主要是螺紋的上表面，同樣按著Shift鍵依次將其選中。設(shè)置接觸面的屬性。選擇Interaction->Manager->Creat中創(chuàng)建接觸面，類型選擇面和面接觸，選擇Mechanical->TangentialBehavior,輸入摩擦系數(shù)為0.14,選擇Mechanical->NormalBehavior，接受默認(rèn)設(shè)置，最終設(shè)置如圖1-17所示。選擇Interactio

10、n->Creat,創(chuàng)建螺栓和螺母之間的接觸，接觸，類型選擇剛剛定義的接觸類型,設(shè)置結(jié)果如圖1-18所示。圖1-15圖1-1612/12=EditContortPropertyName:Jnff'rap-1C口ntadPropertyOptionsIITsnqertiaBehavior1TangentialEehak'iorFrictionformulBtiicn:PerifllcyFrictianShearStrrs'sElas-ticSlipDirectionality:.0lEDtropici.jAnisotropi匚（StandardonlyUseslip-

11、rate-depende-ntiUs-econtact-pressure-dependentdais13/12#/12IIU&eternperature-dependentdaiaOKCancel#/12圖1-17#/12圖1-18最后，創(chuàng)建任務(wù)，接受默認(rèn)設(shè)置，并提交計(jì)算。1.4.仿真結(jié)果將任務(wù)提交計(jì)算之后，得到的3維應(yīng)力云圖如圖1-19所示。為了觀察更為方便，我們將云圖剖開，如圖1-20所示。從云圖中我們可以看出，螺栓頭部與螺桿相接觸的地方的應(yīng)力較大，螺栓的螺紋處，由于截面發(fā)生變化也聚集著較大的應(yīng)力。由于在仿真過(guò)程中，將壓力施加在螺母的下表面，因此螺母的下方的變形較大，螺母的下方的幾

12、條螺紋的受力較大，頂層的兩層螺紋幾乎不受力。使用Abaqus中的工具對(duì)題目要求的節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表1所示。S腳I劄?zāi)?Avg:7SJQ-+4.1896+0343.841e+03-+3.4936-1-03-+3P144e+03+2.796A+03+2.447e+03-42PQ99e-F03-+lfa75Ce-l-03-+I.d02e-b03-+1.053e403-b7-O51e-hO2+3r5f>6e402L+8ul70e+00ODB;Job-2.odbAbaqus/Standard6.131SunAu門耳C.721-,44GMT+08：002014Step:Sbep-ioadIncrement1:SbepTime1.000¥PrimaryVanMfeos圖1-190141.000ODB:Job-2.adBjAbaqus/StandaM6.13-1SunJul0602:21：/MC：'M-uW:：X：S,Mlns(Avqz75%)lt4-4.1S9