ANSYS螺栓仿真校核技术专题

1、ANSYS螺栓仿真校核技术专题技术创新 变革未来CAE仿真分析发展-系统VS细节CAE当前发展充满辩证思想系统VS细节宏观VS微观单场VS多场焊缝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单机 VS 云平台 Multi-Platform通用软件 VS 专业分析系统 Multi-Paas纯校核 VS 设计-制造 Multi-stage目录螺栓失效及校核方法螺栓处理方式及ANSYS操作技巧螺栓处理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓强度及疲劳分析工具VDI2330简介Bolt Asses

3、sment inside Ansys简介实例演示细节结构VS连接连接分类机械连接铆接、螺栓连接、键销连接、弹性 卡扣连接等静联接不可拆固定连接：焊接、铆接、粘接 等可拆固定连接：螺纹连接、销连接、插接等焊接利用电能的焊接（电弧焊、埋弧焊、 气体保护焊、点焊、激光焊）利用机械能的焊接（段焊、冷压焊、 爆炸焊、摩擦焊等）动连接柔性连接：弹性连接、软轴连接移动连接：滑动连接、滚动连接转动连接粘接粘合剂粘接；溶剂粘接螺栓连接螺栓连接形式螺栓连接螺纹设计输入螺栓连接失效模式与相关试验螺栓连接失效形式螺栓不能提供充分的夹紧力，密封不够；被连接件挤压强度破坏；螺栓过载失效（螺栓载荷超过屈服载荷；螺栓载荷超过

4、了拉伸强度，螺栓 剪切失效）螺栓疲劳失效（螺纹失效、螺栓头和螺杆过渡圆角、螺纹与光杆过渡处）螺纹剥离；螺栓相关试验螺栓相关仿真分析螺栓相应仿真分析分析类型分析目的1螺栓连接刚度刚度匹配合理，力流传载合理模态，系列动力学分析合理2被连接件静强度评估接触应力，挤压强度3螺栓预紧力计算装配应力4螺栓旋入过程分析旋入过程模拟以得到5螺栓静强度计算螺栓静强度评估6螺栓疲劳寿命分析螺栓可靠性评估7密封、夹紧力校核密封件或其他夹紧装置要求8螺纹分析应力集中系数计算螺纹失效及相关分析9多组螺栓装配过程分析优化螺栓装配先后顺序10螺栓动刚度振动分析振动过程动刚度分析和匹配11垫圈分析垫圈失效校核12螺栓磨损分析

5、磨损分析，磨损疲劳13螺栓热机效应，蠕变，松弛分析热机效应，蠕变，松弛等螺栓仿真分析部分案例 压力容器法兰联结螺栓螺 纹疲劳计算 压力容器密封性能分析 螺栓应力集中系数计算 考虑复杂边界的永磁电机 建模方法及其模态分析研 究报告 复杂电子机箱模态分析 注塑机主轴螺栓VDI2230 强度评估 风机轮毂螺栓强度评估 风机塔筒螺栓评估 柴油机活塞连杆螺栓分析 内燃机机架NVH分析目录螺栓失效及校核方法螺栓处理方式及ANSYS操作技巧螺栓处理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓强度及疲劳分析工具VDI2330简介Bolt Assessment inside Ansys简介实例演示螺栓失效及校

6、核螺栓模拟问题比较复杂：需要根据工程实际问题；所关心的部位来区别对待，采 用不同方法来模拟模拟方法：建立螺纹特征，进行精细分析建立螺栓实体，不建立螺纹特征，螺纹与螺栓之间通过绑定接触进行连接；建立线体，通过BEAM的方法来模拟螺栓，可以施加螺栓预紧；建立螺栓连接关系，采用BEAMCONNECTION方法来实现；不建立任何几何体素，在边界的约束读 取反力，通过理论公式进行校核；螺栓处理过程在模拟螺栓过程中需要考虑的方面：几何：螺栓和法兰网格：如何采用最少的自由度来代表真实的结构；四面体网格/六面 体网格接触：接触的定义，实现载荷传递载荷：预紧力；工作载荷；载荷步1：预紧力施加（preload o

7、r adjustment）- （500N)载荷步2：锁定预紧力载荷步3：施加工作载荷后处理螺栓处理方式（1）法兰结构，螺栓及螺母采用真实螺纹形式进行模拟，螺母处螺纹采用螺栓几何作为工具 进行布尔操作在螺纹处网格密度足够的情况下，此种方法对刚度的模拟非常准确网格大部分情况下都是四面体网格，需要检查网格质量如果想要得到准确的应力分布变形分布，网格必须足够的细密螺栓处理方式（2）法兰结构，螺栓及螺母采用实体进行模拟，但移除螺纹注意螺栓杆的刚度，尽量不改变螺栓杆的刚度，否则会影响螺栓的变形及系统中载荷的 传递网格大部分情况下都是四面体网格，需要检查网格质量如果想要得到准确的应力分布变形分布，在螺纹位置

8、的网格需要尽量的的细密螺栓处理方式（3）几何结构与处理方式（2）相同通过加密接触部分（螺栓杆与螺母）的网格，Contact sizing网格大部分情况下都是四面体网格，需要检查网格质量螺栓处理方式（4）几何结构处理相对复杂，进行切分，可以进行扫略划分六面体网格划分，螺纹处网格加密螺栓处理方式（5）几何及网格与处理方式（4）相同螺栓与螺母的螺纹接触处采用cylindrical joint的方式定义通过插入命令将joint 修改为screw joint，并定义节距螺栓处理方式（6）对螺纹进行分析，但是不对螺纹进行建模通过定义的螺纹参数对其进行计算可以支持2D或者3D的形式支持非线性接触以及No S

9、eparation接触小应变小转动理论可以快速提高分析效率对啮合处的反对称接触面进行参数设置中径、螺距、牙型角等螺栓处理方式（7）螺栓几何用线单元代替实体上下法兰面被分割，可以定义梁与面的连接 关系线采用梁单元进行模拟，模型尺寸明显减少接触，螺栓底部与法兰的圆柱面，采用MPC算法的绑定接触螺栓处理方式（8）螺栓几何用线单元代替实体线采用梁单元进行模拟，模型尺寸明显减少接触，螺栓杆与法兰螺栓孔上下线绑定连接螺栓处理方式（9）通过Body-Body插入Beam在上下法兰间只有一个 beam188单元Scope：法兰螺栓孔的边或者是表面本方法不能直接使用螺栓预紧力 载荷，需要通过APDL命令施加。螺

10、栓处理方式目录螺栓失效及校核方法螺栓处理方式及ANSYS操作技巧螺栓处理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓强度及疲劳分析工具VDI2330简介Bolt Assessment inside Ansys简介实例演示VDI2230准则发展历程VDI：德国工程师协会VDI2230是以前的VDI设计组ADKI和 现在的VDI联合会的螺栓连接委员会 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月修订版；2003年2月版 2014年12月part2与常规方法的区别考虑了预紧时螺栓的松弛按照采用的拧紧工具，在计算中具体考虑了紧固力的变化范围用计算法按零

11、件的材料和尺寸确定螺栓和 被连接件的柔度考虑到力作用点对传力比的影响，引入载 荷导入系数，力争通过科学计算求得各项 参数，更大限度的把经验值进行理论化INPUTSJoint diagramStressanalysisR0:初步确定螺栓公称直径，核算其使用范围R1:确定扭紧系数R2:确定最小残余夹紧力R3:求工作载荷、弹性柔度、弹性回复和载荷导出系数R4:计算因嵌入产生的预紧力损失量FZR5:计算最小装配预紧力R6:计算最大装配预紧力R7:装配应力R8:工作应力R9:变应力R10:表面压强R11:最小拧入深度R12:抵抗滑动的安全限度R13:求扭紧力矩R0：初步确定公称直径确定名义直径d和检查限

12、制的尺寸GR0：初步确定公称直径确定名义直径d和检查限制的尺寸G名义直径通常根据表格A7来决定在第一栏中选择与作用于螺栓连接的负荷接近的最大的作用力；如果在组 合负荷（纵向载荷及横向载荷）时，FAmax=2*e6的高强度螺栓 连接，其疲劳极限参考值为： 先轧制后热处理的螺栓(SV） 热处理后进行轧制的螺栓（SG）此部分主要是校核 螺栓的疲劳强度保证螺栓工作时的 应力幅小于许用应 力幅许用应力幅根据加 工方式（热处理前 滚压和热处理后滚 压）的不同而不同R9：确定交变应力影响螺栓疲劳寿命的主要因素当螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度也就越高。影响螺栓应力幅的主要因 素是螺栓和被联结件的刚

13、度在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联结件的刚度都能达到 减小应力幅的目的理论和实践证明：在相同的刚度情况下，恰当增大预紧力FM，也能提高螺栓的疲劳强度，因此较大的螺栓预紧力既保证了传递切向载荷的安全系数，又保证了疲劳寿命R10：确定最大表面压力螺栓连接的极限可以通过以下假设的动力学强度值来估 算：先轧制后热处理（SV）：热处理后进行轧制（SG）：对螺栓头（螺帽）和另一边被夹紧工件之间的支撑区域 进行校核，应保证计算出来的表面压力不应该超过被夹 紧材料的表面极限压力。装配状态的条件：工作状态的条件：对于使用屈服夹紧技术活角度控制夹紧技术的最大表面 压力，考虑到屈服点分布，

14、使用以下方法计算：交变安全系数校核：由于螺栓与接触面 之间的压力有可能 导致接触面被压溃。因此必须保证在装 配状态时和工作状 态时接触面产生的 压力都小于许用接触压力，以保证接 触面安全R11：确定最小拧入深度（旋合长度）为了防止由于配合螺纹脱开导致螺纹连接失效，螺栓螺纹和螺帽螺纹必须 要有足够的重合。旋合中的螺栓螺纹的最大张力要小于螺帽螺纹的最大张 力：这种条件下所需的最小旋合长度Meffmin与公称直径相关。可以参照下图来 确定。R12：抵抗滑动的安全限度如果横向载荷通过螺栓连接中的摩擦夹 紧来传递，那可以采用以下方法可以求 得用来传递横向载荷的最小剩余预紧力 Fkrmin和夹紧力Fkqe

15、rf。防滑交变安全系数校核：当螺栓连接过载时，即横向载荷超过了分界 面的静摩擦力，则需要螺杆与安装孔的接触 来传递载荷，导致产生螺栓剪切应力（SL） 分界面处，螺栓横截面At的剪应力为：防止剪切作用，要进行交变安全性校核：R13：确定扭紧力矩在螺栓最大预紧力确定的情况下，螺栓联结各部分的摩擦系数越大所需的 预紧力矩也就越大。考虑到螺栓联结分散系数的影响，一般采用摩擦系数最 小的情况来计算所需的预紧力矩，从而避免预紧力矩过大造成的螺栓失效。VDI2230螺栓设计思路（已知）螺栓材料：最大屈服强度确定装配预紧力在最大装配力的情况下校验工作状态时的各项安全系数不屈服不疲劳不压溃不滑移有限元分析 VS VDI2230分析应用逻辑操作流程有限元模型处理1