Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接(預(yù)緊力）【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-07-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

螺栓連接是結(jié)構(gòu)連接的一種主要方式,在CAE分析中經(jīng)常遇到,針對不同的情況,通常我們會采取不同的方法來處理。螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。

(1)建立三維實(shí)體的螺栓模型,包括螺紋結(jié)構(gòu);

(2)建立三維實(shí)體的螺栓模型,忽略螺紋結(jié)構(gòu);

(3)建立三維實(shí)體的螺栓模型,由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設(shè)置螺紋接觸;

(4)利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。

本次以梁單元模擬螺栓為例,簡單闡述其應(yīng)用。利用梁單元模擬螺栓與實(shí)體螺栓相比優(yōu)勢比較明顯,模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易,同時(shí)梁單元也能有效反應(yīng)螺栓的受力情況,在很多情況下比較適用。

螺栓的模擬通常需要考慮預(yù)緊力的作用,利用CAE方法模擬螺栓預(yù)緊力的過程主要由三個(gè)載荷步完成,下面的例子會涉及。

建立如下所示的模型,三個(gè)部件,兩塊板和一根梁,其中梁是一個(gè)3D wire,建立一條線即可。

圖1

材料屬性定義的時(shí)候,梁單元需要指定梁截面,如下圖所示。

圖2

梁的截面形狀可以根據(jù)需要指定,本次為圓形截面,半徑為10,如下圖所示。

圖3

同時(shí),梁單元還需要指定方向,通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation,給出其中的n1向量,這里注意,梁的軸向是由向量t表示的,n1和n2兩個(gè)向量決定梁截面,其中t向量和n1、n2兩個(gè)向量決定的平面垂直。

本次定義n1向量為0,0,-1,最終梁的方向定義完成如下所示。

圖4

之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關(guān)位置建立MPC連接,如下所示。

圖5

梁單元的兩端節(jié)點(diǎn)分別與螺栓螺帽位置處的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行MPC連接,連接形式可以由多種,這里選擇Beam連接。

定義多個(gè)載荷步,其中前三個(gè)載荷步用于施加螺栓預(yù)緊力。定義方式是在Creat Load下面的Bolt Load(螺栓載荷),選擇梁單元后確認(rèn)方向(這里方向的影響不大)

載荷步1:施加10N的預(yù)緊力;

載荷步2:施加50KN的預(yù)緊力;

載荷步3:將預(yù)緊力的形式改為Fix at current length,如下圖所示。

后面的載荷步則可以正常施加其他載荷。

圖6

本次實(shí)例加完載荷計(jì)算后得到的應(yīng)力結(jié)果如下所示:

圖7

可以通過主菜單View-ODB Display Option下面的Render Beam Profile開關(guān),顯示真實(shí)的螺栓形狀,打開之后如圖所示。

圖8

本次施加的是拉力載荷,因此螺栓主要承受的是拉力,其應(yīng)力水平最高。

主要流程和關(guān)鍵地方進(jìn)行了一些闡述,具體在復(fù)雜問題的應(yīng)用則可以在基本流程和方法的基礎(chǔ)上有其他的變化或更多設(shè)置等,有待大家自己摸索。