Abaqus螺栓有限元分析

1、1.分析过程1.1.理论分析1.2.简化过程如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，则会出现裂纹缝隙无法修补，给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦，因此，在Abaqs中进行计算之前，对原来的零件模型进行一些简化和修整。A. 法兰部分不是分析研究的重点，因此将其简化掉；B. 经计算，M24X3的螺纹的升角很小，在度，因此可以假设螺旋升角为0;C. 忽略螺栓和螺母的圆角等细节；1.3.Abaqus中建模查阅机械设计手册，得到牙型如下图所示，在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型，如图1-1所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如图1-2所示。1/12图1-2建立

2、材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中，选择Material->Manager->Create，创建一个名为Bolt&Nut的新材料，首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa，设置其泊松比为0.3，如图1-4所示。建立截面。点击Section->Manager->Creat，建立Solid，Homogeneous的各向同性的截面，选择材料为Bolt&Nut,如图1-5所示。将截面属性赋予模型。选择Assign->Section,选择Bolt模型，然后将刚刚建立的截

3、面属性赋予它。如图1-3所示。同样，给螺母nut赋予截面属性。图1-3图1-43/12irEditSectionName:Section-1Type;SoliHomoganeo-usMaterial:bolt&nut|Planestress/strainthickness:Cancel图1-5然后，我们对建立的3D模型进行装配，在Abaqus中的Assembly模块中，我们同时调入两个模型，然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instance命令对模型进行移动，最终的装配结果如图1-6所示。图1-6第四步，对模型进行网格划分。进入Abaqus中

4、的Mesh模块，然后选择Bolt零件，使用按边布种的方式对其进行布种，布种结果如图1-7所示。在菜单Mesh->Control中进行如图1-8所示的设置使用自由网格划分，其余设置使用默认。在菜单Mesh->Elementtype中选用如图1-9所示的设置。按下Mesh图标，对工件进行网格划分，最终的结果如图1-10所示。同样的方式对螺母模型nut进行网格划分，最终结果见图1-11所示。4/12图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|图1-8图1-95/12图1-10图1-11第五步，创建分析步。在Step模块中，点击Step->Manager图标，创建新的分析步，类型为Static,General,名称为Step-Load，其余使用默认

6、设置即可。第六步，添加约束条件和载荷。在Interaction模块中，选择Tools->Surface-Manager,创建如图1-12所示的表面为集合Load_shang和Load_xia，分别用作加载载荷和约束。选择Load模块，在BC->Manager->Creat中创建约束BC-ENCASTED，选择刚刚定义的Load_xia集合，将6个自由度全部约束，如图1-13所示。下面我们为模型添加约束，选择Load->Create，进入约束创建界面，选择约束施加的表面为我们之前设定的Load_shang，施加的载荷的类型为Pressure，大小为372.835Mpa，具

7、体设置如图1-14所示。图1-12EditBojindaryCoinditionName!EC-Enca&tedType:£ymrrietry/Antisymmetry/EncaEtreInitialRegion;Set-3怎CS-YS:tGLobal)鸟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图1-139/12.iEditLoadNsme!Losd-1Type:Pre5.sureStep;Step-loadStatic,Ge-neraI)Region:Load_&h3ng怎Distributior:UnifoTrnrwMagnitude:372.S35Amplitude:Amp-1阳OKCancel图1-14第六步，定义接触面。接触面是Abaqus分析中非常重要的一环。进入Abaqus中的Interactio

9、n模块，先在Tools->Surface菜单中设置我们要定义的两个相互接触的面。如图1-15所示，螺栓上的接触面主要是螺纹的下表面，按着Shift键依次将其选中。如图1-16所示，螺母上的接触面主要是螺纹的上表面，同样按着Shift键依次将其选中。设置接触面的属性。选择Interaction->Manager->Creat中创建接触面，类型选择面和面接触，选择Mechanical->TangentialBehavior,输入摩擦系数为0.14,选择Mechanical->NormalBehavior，接受默认设置，最终设置如图1-17所示。选择Interactio

10、n->Creat,创建螺栓和螺母之间的接触，接触，类型选择刚刚定义的接触类型,设置结果如图1-18所示。图1-15图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图1-17#/12图1-18最后，创建任务，接受默认设置，并提交计算。1.4.仿真结果将任务提交计算之后，得到的3维应力云图如图1-19所示。为了观察更为方便，我们将云图剖开，如图1-20所示。从云图中我们可以看出，螺栓头部与螺杆相接触的地方的应力较大，螺栓的螺纹处，由于截面发生变化也聚集着较大的应力。由于在仿真过程中，将压力施加在螺母的下表面，因此螺母的下方的变形较大，螺母的下方的几

12、条螺纹的受力较大，顶层的两层螺纹几乎不受力。使用Abaqus中的工具对题目要求的节点的应力进行测量，结果如表1所示。S脚I劄陌(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门耳C.721-,44GMT+08：002014Step:Sbep-ioadIncrement1:SbepTime1.000¥PrimaryVanMfeos图1-190141.000ODB:Job-2.adBjAbaqus/StandaM6.13-1SunJul0602:21：/MC：'M-uW:：X：S,Mlns(Avqz75%)lt4-4.1S9