螺栓应力分析.doc

螺栓，连接板和蒸发器管板之间的接触FEA分析问题描述对于下面的，由蒸发器管板、冷凝器管板和连接板组成的装置，需要确定：如果蒸发器管板与冷凝器管板发生相对位移时候，螺栓在这种载荷下的应力。对于连接板上6个螺栓，假设上面3个和下面3个所受到力为拉（压）力，大小相等，选择上面3个螺栓进行应力分析，螺栓穿过连接板和蒸发器管板，两头用六角螺母拧紧，忽略弹簧垫圈和平板垫圈，并且把连接板与冷凝器管板固定一起。几何和材料特性 蒸发器管板厚度=32mm，连接板厚度=12mm，冷凝器管板厚度=28mm，在XY坐标平面内，连接板的六边形各顶点坐标分别为K1(-80,0,0), K2(-142.68,0,0), K3(-196.36,40.80,0), K4(-94.47,200,0), K5(0,200,0),K6 (0,125,0)，圆角半径=20mm，连接板与蒸发器管板的螺栓孔半径=8mm，各圆心坐标O1(-41.53,123.35,0), O2(-85,135,0), O3(-53.18,166.82,0)。 蒸发器管板右上角顶点坐标K7(-18,200,0),左下角顶点坐标K8(-196.36,99.6,0)，螺栓长度=50mm，螺栓直径=16mm，六角螺母直径=23.16mm，六角螺母高度=10mm。 材料为45#，弹性模量E=2.1X10E5 MPa，泊松比=0.29，密度=7.85E-6 Kg/mm3，摩擦系数0.10。 结构基本单位为N,mm,MPaFEA建模和分析命令流如下!*! 加载参数!*/PREP7ET,1,SOLID185 定义实体185!定义蒸发器管板材料MP,EX,1,2.06E5 !设定弹性模量 MP,NUXY,1,0.29 !定义泊松比MP,DENS,1,7.85E-6 !定义密度!定义连接板材料MP,EX,2,2.06E5 !设定弹性模量 MP,NUXY,2,0.29 !定义泊松比MP,DENS,2,7.85E-6 !定义密度!定义螺栓、螺母材料MP,EX,3,2.06E5 !设定弹性模量 MP,NUXY,3,0.29 !定义泊松比MP,DENS,3,7.85E-6 !定义密度!定义摩擦系数为材料4MP,MU,4,0.15 ！定义摩擦属性*AFUN,DEG ！定义角度*SET,FORC_BOLT,30000 ！定义螺栓预紧!*! 构件连接板平面几何!*K,1,-80 ！连接板顶点1K,2,-142.68 ！连接板顶点2K,3,-196.36,40.8 ！连接板顶点3K,4,-94.47,200 ！连接板顶点4K,5,0,200 ！连接板顶点5K,6,0,125 ！连接板顶点6LSTR,1,2 ！顶点1、2连线LSTR,2,3 ！顶点2、3连线LSTR,3,4 ！顶点3、4连线LSTR,4,5 ！顶点4、5连线LSTR,5,6 ！顶点5、6连线LSTR,6,1 ！顶点6、1连线LFILLT,1,2,20 ！顶点1倒圆角LFILLT,2,3,20 ！顶点2倒圆角LFILLT,3,4,20 ！顶点3倒圆角LFILLT,4,5,20 ！顶点4倒圆角LFILLT,5,6,20 ！顶点5倒圆角LFILLT,6,1,20 ！顶点6倒圆角AL,ALL ！所有线围成面!*! 清除建模过程中多余的点和线!*ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元LSLA ！选择依附面上的线LSEL,INVERT ！选择被选中线之外的所有线LDELE,ALL ！删除多余的线ALLS ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元KSLL ！选择依附线上的关键点KSEL,INVERT ！选择被选中关键点之外的所有关键点KDELE,ALL ！删除多余的关键点VEXT,ALL,12 ！由面拉伸成体（连接板）BLOCK,-18,-196.26,200,99.6,-32,0 ！生成矩形体（蒸发器管板）WPOFFS,0,0,-35 ！将工作平面移到新的设定点CYL4,-41.53,123.35,8,360,50 ！生成圆柱体1VGEN,2,3,0 ！ 复制圆柱体1VSBV,1,3 ！从连接板切出螺栓孔1VSBV,2,4 ！从蒸发器管板切出螺栓孔1CYL4,-85,135,8,360,50 ！生成圆柱体2VGEN,2,2,0 ！复制圆柱体2VSBV,1,2 ！从连接板切出螺栓孔2VSBV,5,3 ！从蒸发器管板切出螺栓孔2CYL4,-53.18,166.82,8,360,50 ！生成圆柱体3VGEN,2,2,0 ！复制圆柱体3VSBV,1,2 ！从连接板切出螺栓孔3VSBV,4,3 ！从蒸发器管板切出螺栓孔3WPCSYS,-1,0 ！将工作平面移动原始位置!*! 创建各部件的体积组件（便于选择）!*VSEL,S,LOC,Z,0,12 ！选择0Z12内所有的实体CM,CONNECT,VOLU ！创建连接板实体组件ALLS ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元VSEL,S,LOC,Z,0,-32 ！选择-32Z0内所有的实体CM,BAN,VOLU ! 创建蒸发器管板实体ALLS ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元!*! 划分有限元网络!*ESIZE, 4 ！定义单元大小MAT, 1 ！定义材料CMSEL, CONNECT ！ 选中连接板组件VSWEEP, ALL ！对连接板实体进行网格化MAT, 2 ！定义材料ALLS ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL, BAN ！选中蒸发器管板实体VSWEEP, ALL ！对蒸发器管板实体进行网格化ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元!*! 创建螺栓和螺母并划分网格!*CSYS, 0 ！选择笛卡尔坐标系CYLIND,8,25,-45,0,360 ！创建螺柱RPR4,6,11.58,30,10 ！创建螺母VGEN,3,12,1 ！移动螺母到新位置VGEN,2,3,-54,0 ！复制螺母到新位置CMSEL,U,BAN ！选择蒸发器管板外的实体组件CMSEL,U,CONNECT ！选择连接板外的实体组件VPTN,ALL ！体间互相分割CM,B_TEMP1,VOLU ！创建螺栓实体组件ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL,B_TEMP1 ！选中螺栓实体组件MAT,3 ！定义材料ESIZE,2 ！定义单元大小VSWEEP,ALL ！对螺栓实体组件进行网格化VGEN,2,B_TEMP1,-41.53,123.35,0,0 ！复制螺栓组件到新的位置VGEN,2,B_TEMP1,-85,135,0,0 ！复制螺栓组件到新的位置VGEN,2,B_TEMP1,-53.18,166.82,0,0 ！复制螺栓组件到新的位置VCLEAR,B_TEMP1 ！删除节点、单元 VDELE,B_TEMP1 ！删除螺栓实体组件CM,BVOLU1,VOLU ！新建螺栓实体组件ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元!*! 对模型节点进行压缩合并!*!合并连接板节点ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元VSEL,S,LOC,Z,0,30 ！选择0Z32内所有的实体VSEL,U,VOLU,BVOLU1 ！选中连接板实体组件NSLV,S,1 ！选中所有与连接板实体相关的节点NUMMRG,NODE ！合并节点!合并板2节点ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元VSEL,S,LOC,Z,0,-50 ！选择-50Z0内所有的实体VSEL,U,VOLU,BVOLU1！选中蒸发器管板实体组件NSLV,S,1 ！选中所有与蒸发器管板实体相关的节点NUMMRG,NODE ！合并节点!*! 建立螺栓预紧单元!*ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元！在全局坐标系下，对3个螺栓(3号、18号、25号!体积)建立预紧单元，Section ID 分别为1、2、3，!Name为b100、b200、b300，预紧单元方向为Z轴，!位置为Z向0位置处，同时将预紧单元存储于!b_100、b_200、b_300单元组件中。PSMESH,1,b100,volu,3,0,z,0,b_100 PSMESH,2,b200,volu,18,0,z,0,b_200PSMESH,3,b300,volu,25,0,z,0,b_300!*! 创建连接板和蒸发器管板之间的接触!*ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL,R,BAN ！选中蒸发器管板实体组件ASLV ！选择依附于体上的面ASEL,R,LOC,Z,0 ！选择平面Z=0内所有的面CM,AB_TAR,AREA ！创建蒸发器管板接触面组件AB_TARALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL,R,CONNECT ！选择连接板实体组件ASLV ！选择依附于体上的面ASEL,R,LOC,Z,12 ！选择平面Z=12内所有的面CM,AB1C_CON,AREA ！创建连接板接触面组件AB1C_CONALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元/COM, CONTACT PAIR CREATION - STARTMAT,4 ！定义材料R,4 ！定义接触实常数4REAL,4 ！指定实常数4ET,5,170 ！定义目标单元170ET,6,174 ！定义接触单元174KEYOPT,6,9,0 ！包含初试化穿透!创建目标单元CMSEL,S,AB1_TAR ！选择螺栓接触面组件AB1_TARTYPE,5 ！指定单元接触类型5NSLA,S,1 ！选择接触面上的所有节点ESLN,S,0 ！选择依附于这些节点的单元ESURF,ALL ！创建目标单元!创建接触单元ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL,S,AB1C_CON ！选择连接板接触面组件AB1C_CONTYPE,6 ！指定单元接触类型6NSLA,S,1 ！选择接触面上的所有节点ESLN,S,0 ！选择依附于这些节点的单元ESURF,ALL ！创建接触单元ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元/COM, CONTACT PAIR CREATION ENDCMSEL,R,BVOLU1 ！选择螺栓实体组件ASLV ！选择依附于体上的面ASEL,R,LOC,Z,-32 ！选择平面Z=-12内所有的面ASEL,U,AREA,45 ！未选择螺柱截面45ASEL,U,AREA,101 ！未选择螺栓截面101ASEL,U,AREA,133 ！未选择螺栓截面133CM,AB2_TAR,AREA ！创建螺栓接触面组件AB2_TARALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL,R,BAN ！选择冷凝器管板实体组件 ASLV ！选择依附于体上的面ASEL,R,LOC,Z,-32 ！选择平面Z=-12内所有的面CM,AB1B_CON,AREA ！创建冷凝器管板接触面组件AB1B_CONALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元/COM, CONTACT PAIR CREATION - STARTMAT,4 ！定义材料R,5 ！定义接触实常数5REAL,5 ！指定实常数5ET,7,170 ！定义目标单元170ET,8,174 ！定义接触单元174KEYOPT,8,9,0 ！包含初试化穿透!创建目标单元CMSEL,S,AB2_TAR！选择螺栓接触面组件AB2_TARTYPE,7 ！指定单元接触类型7NSLA,S,1 ！选择接触面上的所有节点ESLN,S,0 ！选择依附于这些节点的单元ESURF,ALL ！创建目标单元!创建接触单元ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元CMSEL,S,AB1B_CON ！选择冷凝器管板接触面组件AB1B_CONTYPE,8 ！指定单元接触类型8NSLA,S,1 ！选择接触面上的所有节点ESLN,S,0 ！选择依附于这些节点的单元ESURF,ALL ！创建接触单元ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元/COM, CONTACT PAIR CREATION - END!*! 创建模型结束!*!*! 求解设置!*/SOLU ！进入求解处理器ALLS ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元LSCLEAR,ALL ！清空所有载荷NROPT,FULL ！激活完全Newton-RaphsonPRED,ON ！打开变形预测LNSRCH,ON ！激活线性搜索ANTYPE,0 ！静态分析AUTOTS,ON ！自动时间步长NSUBST,25,100,1 ！设置载荷步OUTRES,ALL,ALL ！输出所有结果EQSLV,PCG,1E-8 ！采用pcg算法，对于大模型接触算法很有效!*! 应用节点约束!*CMSEL,S,CONNECT ！选择连接板实体组件NSLV,R,1 ！选择实体上的所有节点NSEL,R,LOC,Z,0 ！选择平面Z=-12内所有的节点NSEL,R,LOC,Y,0,98 ！选择平面0Y98内所有的节点D,ALL,ALL ！施加全约束ALLS ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元!*! LOAD STEP 1! 在六个螺栓中施加螺栓预紧!*SLOAD,1,9,LOCK,FORC,FORC_BOLT,1,2！在螺栓中施加预紧力 SLOAD,2,9,LOCK,FORC,FORC_BOLT,1,2 ！在螺栓中施加预紧力SLOAD,3,9,LOCK,FORC,FORC_BOLT,1,2 ！在螺栓中施加预紧力!*TIME,10 ！设置时间步至10ALLSEL ！选择所有的体、面、线、关键点、节点和单元LSWRITE,1 ！写出第一个载荷步文件!