ANSYS螺栓仿真校核技術專題

1、ANSYS螺栓仿真校核技術專題技術創(chuàng)新 變革未來CAE仿真分析發(fā)展-系統(tǒng)VS細節(jié)CAE當前發(fā)展充滿辯證思想系統(tǒng)VS細節(jié)宏觀VS微觀單場VS多場焊縫Multi-LevelMulti-ScaleMulti-DisciplinaryQcell1 Qcell2 Qcell3 Qcell4 Qcell5 Qcell6 Qcell7 Qcell8 Qcell9 Qcell10 Qcell11 Qcell12 Qcell13 Qcell14 Qcell15 Qcell16Temp_block_1 Temp_block_10 Temp_block_11 Temp_block_12 Temp_block_13

2、Temp_block_14 Temp_block_15 Temp_block_16 Temp_block_2 Temp_block_3 Temp_block_4 Temp_block_5 Temp_block_6 Temp_block_7 Temp_block_8 Temp_block_9單機 VS 云平臺 Multi-Platform通用軟件 VS 專業(yè)分析系統(tǒng) Multi-Paas純校核 VS 設計-制造 Multi-stage目錄螺栓失效及校核方法螺栓處理方式及ANSYS操作技巧螺栓處理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓強度及疲勞分析工具VDI2330簡介Bolt Asses

3、sment inside Ansys簡介實例演示細節(jié)結構VS連接連接分類機械連接鉚接、螺栓連接、鍵銷連接、彈性 卡扣連接等靜聯(lián)接不可拆固定連接：焊接、鉚接、粘接 等可拆固定連接：螺紋連接、銷連接、插接等焊接利用電能的焊接（電弧焊、埋弧焊、 氣體保護焊、點焊、激光焊）利用機械能的焊接（段焊、冷壓焊、 爆炸焊、摩擦焊等）動連接柔性連接：彈性連接、軟軸連接移動連接：滑動連接、滾動連接轉動連接粘接粘合劑粘接；溶劑粘接螺栓連接螺栓連接形式螺栓連接螺紋設計輸入螺栓連接失效模式與相關試驗螺栓連接失效形式螺栓不能提供充分的夾緊力，密封不夠；被連接件擠壓強度破壞；螺栓過載失效（螺栓載荷超過屈服載荷；螺栓載荷超過

4、了拉伸強度，螺栓 剪切失效）螺栓疲勞失效（螺紋失效、螺栓頭和螺桿過渡圓角、螺紋與光桿過渡處）螺紋剝離；螺栓相關試驗螺栓相關仿真分析螺栓相應仿真分析分析類型分析目的1螺栓連接剛度剛度匹配合理，力流傳載合理模態(tài)，系列動力學分析合理2被連接件靜強度評估接觸應力，擠壓強度3螺栓預緊力計算裝配應力4螺栓旋入過程分析旋入過程模擬以得到5螺栓靜強度計算螺栓靜強度評估6螺栓疲勞壽命分析螺栓可靠性評估7密封、夾緊力校核密封件或其他夾緊裝置要求8螺紋分析應力集中系數(shù)計算螺紋失效及相關分析9多組螺栓裝配過程分析優(yōu)化螺栓裝配先后順序10螺栓動剛度振動分析振動過程動剛度分析和匹配11墊圈分析墊圈失效校核12螺栓磨損分析

5、磨損分析，磨損疲勞13螺栓熱機效應，蠕變，松弛分析熱機效應，蠕變，松弛等螺栓仿真分析部分案例 壓力容器法蘭聯(lián)結螺栓螺 紋疲勞計算 壓力容器密封性能分析 螺栓應力集中系數(shù)計算 考慮復雜邊界的永磁電機 建模方法及其模態(tài)分析研 究報告 復雜電子機箱模態(tài)分析 注塑機主軸螺栓VDI2230 強度評估 風機輪轂螺栓強度評估 風機塔筒螺栓評估 柴油機活塞連桿螺栓分析 內燃機機架NVH分析目錄螺栓失效及校核方法螺栓處理方式及ANSYS操作技巧螺栓處理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓強度及疲勞分析工具VDI2330簡介Bolt Assessment inside Ansys簡介實例演示螺栓失效及校

6、核螺栓模擬問題比較復雜：需要根據(jù)工程實際問題；所關心的部位來區(qū)別對待，采 用不同方法來模擬模擬方法：建立螺紋特征，進行精細分析建立螺栓實體，不建立螺紋特征，螺紋與螺栓之間通過綁定接觸進行連接；建立線體，通過BEAM的方法來模擬螺栓，可以施加螺栓預緊；建立螺栓連接關系，采用BEAMCONNECTION方法來實現(xiàn)；不建立任何幾何體素，在邊界的約束讀 取反力，通過理論公式進行校核；螺栓處理過程在模擬螺栓過程中需要考慮的方面：幾何：螺栓和法蘭網(wǎng)格：如何采用最少的自由度來代表真實的結構；四面體網(wǎng)格/六面 體網(wǎng)格接觸：接觸的定義，實現(xiàn)載荷傳遞載荷：預緊力；工作載荷；載荷步1：預緊力施加（preload o

7、r adjustment）- （500N)載荷步2：鎖定預緊力載荷步3：施加工作載荷后處理螺栓處理方式（1）法蘭結構，螺栓及螺母采用真實螺紋形式進行模擬，螺母處螺紋采用螺栓幾何作為工具 進行布爾操作在螺紋處網(wǎng)格密度足夠的情況下，此種方法對剛度的模擬非常準確網(wǎng)格大部分情況下都是四面體網(wǎng)格，需要檢查網(wǎng)格質量如果想要得到準確的應力分布變形分布，網(wǎng)格必須足夠的細密螺栓處理方式（2）法蘭結構，螺栓及螺母采用實體進行模擬，但移除螺紋注意螺栓桿的剛度，盡量不改變螺栓桿的剛度，否則會影響螺栓的變形及系統(tǒng)中載荷的 傳遞網(wǎng)格大部分情況下都是四面體網(wǎng)格，需要檢查網(wǎng)格質量如果想要得到準確的應力分布變形分布，在螺紋位置

8、的網(wǎng)格需要盡量的的細密螺栓處理方式（3）幾何結構與處理方式（2）相同通過加密接觸部分（螺栓桿與螺母）的網(wǎng)格，Contact sizing網(wǎng)格大部分情況下都是四面體網(wǎng)格，需要檢查網(wǎng)格質量螺栓處理方式（4）幾何結構處理相對復雜，進行切分，可以進行掃略劃分六面體網(wǎng)格劃分，螺紋處網(wǎng)格加密螺栓處理方式（5）幾何及網(wǎng)格與處理方式（4）相同螺栓與螺母的螺紋接觸處采用cylindrical joint的方式定義通過插入命令將joint 修改為screw joint，并定義節(jié)距螺栓處理方式（6）對螺紋進行分析，但是不對螺紋進行建模通過定義的螺紋參數(shù)對其進行計算可以支持2D或者3D的形式支持非線性接觸以及No S

9、eparation接觸小應變小轉動理論可以快速提高分析效率對嚙合處的反對稱接觸面進行參數(shù)設置中徑、螺距、牙型角等螺栓處理方式（7）螺栓幾何用線單元代替實體上下法蘭面被分割，可以定義梁與面的連接 關系線采用梁單元進行模擬，模型尺寸明顯減少接觸，螺栓底部與法蘭的圓柱面，采用MPC算法的綁定接觸螺栓處理方式（8）螺栓幾何用線單元代替實體線采用梁單元進行模擬，模型尺寸明顯減少接觸，螺栓桿與法蘭螺栓孔上下線綁定連接螺栓處理方式（9）通過Body-Body插入Beam在上下法蘭間只有一個 beam188單元Scope：法蘭螺栓孔的邊或者是表面本方法不能直接使用螺栓預緊力 載荷，需要通過APDL命令施加。螺

10、栓處理方式目錄螺栓失效及校核方法螺栓處理方式及ANSYS操作技巧螺栓處理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓強度及疲勞分析工具VDI2330簡介Bolt Assessment inside Ansys簡介實例演示VDI2230準則發(fā)展歷程VDI：德國工程師協(xié)會VDI2230是以前的VDI設計組ADKI和 現(xiàn)在的VDI聯(lián)合會的螺栓連接委員會 多年工作的成果 1974年12月版；1977年10月版； 1986年7月版 2001年10月修訂版；2003年2月版 2014年12月part2與常規(guī)方法的區(qū)別考慮了預緊時螺栓的松弛按照采用的擰緊工具，在計算中具體考慮了緊固力的變化范圍用計算法按零

11、件的材料和尺寸確定螺栓和 被連接件的柔度考慮到力作用點對傳力比的影響，引入載 荷導入系數(shù)，力爭通過科學計算求得各項 參數(shù)，更大限度的把經(jīng)驗值進行理論化INPUTSJoint diagramStressanalysisR0:初步確定螺栓公稱直徑，核算其使用范圍R1:確定扭緊系數(shù)R2:確定最小殘余夾緊力R3:求工作載荷、彈性柔度、彈性回復和載荷導出系數(shù)R4:計算因嵌入產生的預緊力損失量FZR5:計算最小裝配預緊力R6:計算最大裝配預緊力R7:裝配應力R8:工作應力R9:變應力R10:表面壓強R11:最小擰入深度R12:抵抗滑動的安全限度R13:求扭緊力矩R0：初步確定公稱直徑確定名義直徑d和檢查限

12、制的尺寸GR0：初步確定公稱直徑確定名義直徑d和檢查限制的尺寸G名義直徑通常根據(jù)表格A7來決定在第一欄中選擇與作用于螺栓連接的負荷接近的最大的作用力；如果在組 合負荷（縱向載荷及橫向載荷）時，F(xiàn)Amax=2*e6的高強度螺栓 連接，其疲勞極限參考值為： 先軋制后熱處理的螺栓(SV） 熱處理后進行軋制的螺栓（SG）此部分主要是校核 螺栓的疲勞強度保證螺栓工作時的 應力幅小于許用應 力幅許用應力幅根據(jù)加 工方式（熱處理前 滾壓和熱處理后滾 壓）的不同而不同R9：確定交變應力影響螺栓疲勞壽命的主要因素當螺栓的最大應力一定時，應力幅越小，疲勞強度也就越高。影響螺栓應力幅的主要因 素是螺栓和被聯(lián)結件的剛

13、度在工作載荷和剩余預緊力不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)結件的剛度都能達到 減小應力幅的目的理論和實踐證明：在相同的剛度情況下，恰當增大預緊力FM，也能提高螺栓的疲勞強度，因此較大的螺栓預緊力既保證了傳遞切向載荷的安全系數(shù)，又保證了疲勞壽命R10：確定最大表面壓力螺栓連接的極限可以通過以下假設的動力學強度值來估 算：先軋制后熱處理（SV）：熱處理后進行軋制（SG）：對螺栓頭（螺帽）和另一邊被夾緊工件之間的支撐區(qū)域 進行校核，應保證計算出來的表面壓力不應該超過被夾 緊材料的表面極限壓力。裝配狀態(tài)的條件：工作狀態(tài)的條件：對于使用屈服夾緊技術活角度控制夾緊技術的最大表面 壓力，考慮到屈服點分布，

14、使用以下方法計算：交變安全系數(shù)校核：由于螺栓與接觸面 之間的壓力有可能 導致接觸面被壓潰。因此必須保證在裝 配狀態(tài)時和工作狀 態(tài)時接觸面產生的 壓力都小于許用接觸壓力，以保證接 觸面安全R11：確定最小擰入深度（旋合長度）為了防止由于配合螺紋脫開導致螺紋連接失效，螺栓螺紋和螺帽螺紋必須 要有足夠的重合。旋合中的螺栓螺紋的最大張力要小于螺帽螺紋的最大張 力：這種條件下所需的最小旋合長度Meffmin與公稱直徑相關?？梢詤⒄障聢D來 確定。R12：抵抗滑動的安全限度如果橫向載荷通過螺栓連接中的摩擦夾 緊來傳遞，那可以采用以下方法可以求 得用來傳遞橫向載荷的最小剩余預緊力 Fkrmin和夾緊力Fkqe

15、rf。防滑交變安全系數(shù)校核：當螺栓連接過載時，即橫向載荷超過了分界 面的靜摩擦力，則需要螺桿與安裝孔的接觸 來傳遞載荷，導致產生螺栓剪切應力（SL） 分界面處，螺栓橫截面At的剪應力為：防止剪切作用，要進行交變安全性校核：R13：確定扭緊力矩在螺栓最大預緊力確定的情況下，螺栓聯(lián)結各部分的摩擦系數(shù)越大所需的 預緊力矩也就越大。考慮到螺栓聯(lián)結分散系數(shù)的影響，一般采用摩擦系數(shù)最 小的情況來計算所需的預緊力矩，從而避免預緊力矩過大造成的螺栓失效。VDI2230螺栓設計思路（已知）螺栓材料：最大屈服強度確定裝配預緊力在最大裝配力的情況下校驗工作狀態(tài)時的各項安全系數(shù)不屈服不疲勞不壓潰不滑移有限元分析 VS VDI2230分析應用邏輯操作流程有限元模型處理1