ansys螺栓预紧力分析

螺纹连接预紧力有限元分析及实验研究摘要：本文运用有限元理论，以ANSYS软件为分析平台，建立了螺栓连接的有限元模型，分析了螺栓在预紧过程中各圈螺纹副的受力情况，通过积分求得了螺纹副间的摩擦力矩，确定了预紧力与预紧力矩之间的关系，并通过实验进行了验证，得到一个可以应用到工程实际中的预紧扭矩系数值，为提高扭矩法控制螺纹连接预紧力的精度和建立各种型号螺栓连接的预紧力—扭矩关系数据库奠定了基础。

关键词：螺纹连接预紧力扭矩系数有限元1 引言螺纹连接结构简单，拆装方便，是机械结构中应用最广泛连接方式。

受轴向预紧力的螺纹连接应用最为广泛。

施加合适的螺纹连接预紧力，能提高结构的承载能力、改善结构的应力分布、增加结构的工作可靠性。

预紧力过大，将导致结构承载能力的下降，螺栓在载荷作用下会发生螺纹屈服、松脱、延迟断裂；预紧力不足，被连接件在载荷作用下会产生间隙或松动，改变螺栓的受力状态，降低螺栓强度，降低疲劳强度。

预紧力控制不均匀，将导致螺栓受力不均，个别螺栓超过设计载荷，导致螺栓组整体强度下降，整个机械结构、设备安装连接失效。

因此，预紧力控制对机械结构显得尤为重要。

目前控制螺纹预紧力的方法有四种，即螺栓伸长法，扭矩法，扭矩—转角法和屈服点法。

螺栓伸长法、屈服点法这二种方法因为其工程实用性差，控制成本高，现在只在实验室研究中应用；扭矩-转角法则因其设备昂贵，并且应用起来不方便，主要应用于发动机缸盖联接等重要特殊部位。

扭矩法在工程中应用最方便、最广泛，经济性最好，但控制精度需要提高。

目前，通过力矩控制法来控制预紧力是经济型最高的控制方法，并且大范围的应用，但是在通过预紧力与预紧扭矩的关系，求取扭矩系数K值的时候，螺纹连接采用的是简化模型，认为整个螺旋副上的受力均等，这个模型有很大的局限性，因为实际情况，每圈螺纹的受力情况都是不同的，从而求得的K值不准确，从而预紧后得到预紧力的离散度大，使得扭矩控制法的精度受到影响。

往往在实际操作中，有很多螺纹没有达到预紧目的，对设备运行的可靠性影响很大。

在ANSYS 软件中高强螺栓预紧力的施加方法王春寒(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031) 【摘　要】　介绍了在ANSYS 软件中,施加高强螺栓预紧力的几种方法,指出各自的优缺点,并通过一简单算例进行计算对比,以供设计人员参考。

【关键词】　ANSYS ;　高强螺栓;　预紧力 【中图分类号】　TU311141 【文献标识码】　B 高强螺栓抗拉强度一般在700MPa 以上。

由于高强螺栓能大量生产,质量稳定,有足够的强度和韧性,材料费用较便宜,在经济上较为合理,有着十分广泛的应用。

对高强螺栓的深入研究分析往往要借助有限元软件来完成,ANSYS 正是其中比较优秀的软件之一。

运用ANSYS 软件进行有关高强螺栓的计算分析基本都是摩擦接触分析。

接触分析是典型状态非线性分析,而在分析过程往往还要考虑材料的塑性,这就使分析成为状态非线性和材料非线性组合在一起的高度非线性分析。

因此如何施加螺栓的预紧力,合理的建立模型、就显得很重要。

1　施加预紧力的方法 ANSYS 软件中模拟高强螺栓的预紧力,主要可以通过直接加载法、等效力法、等效应变法和等效温度法来实现。

111　直接加载法ANSYS 中直接加载的途径有两种。

途径1:ANSYS 中设置了预拉力单元PRETS179。

可以通过PSM ESH 或者EIN TF 命令在一个已经划分网格的结构中定义一个截面并插入预拉力单元PRETS179,然后通过SLOAD 命令来施加PRETS179单元的预应力,实现对高强螺栓的模拟。

这种方法要求在建模时将栓杆和栓帽固结。

预拉力单元只能在静力分析中使用,并且它不能传递剪应力,因此栓杆将不能承受弯矩和剪力,不能模拟现实中的栓杆和孔壁的摩擦接触行为。

图1　直接加载法示意图途径2:在栓帽和栓杆上分别施加大小相等、方向相反的面荷载或者多个集中力,使整个螺栓作用在连接板上的合力和弯矩为零(如图1)。

在建立的有限元模型中,栓杆和栓帽不能粘结在一起,可以通过耦合方程等方法使栓杆和栓帽上的节点在沿栓杆轴线方向上的位移自由度相互独立,以保证连接板获得来自螺栓的压力。

]90|Application of Mechanics-electronics Technology》机电技术应用](2020年#0月上〕基于ANSYS Workbench螺栓连接强度分析.杨佩东(山西工程职业学院，山西太原030009)摘要：针对某管道法兰螺栓连接进行有限元分析，通过solidworks三维绘图软件建立分析模型，导入有限元分析软件ANSYS Workbench中，通过对管道和螺栓赋予一定材料属性以及相应的载荷约束,得出螺栓所受最大Von Mises等效应力、最大径向应力、最大轴向应力以及最大应变均满足实际工况使用要求#同时经过此次研究分析，为其他结构螺栓连接强度分析提供一定的参$关键词:ANSYS Workbench；螺栓连接；强度分析中图分类号:TH131.3文献标志码:A文章编号:1672-3872(2020)19-0190-020引言螺纹连接是利用螺纹零件组成的一种可拆卸的连接,是机械设计和工程上常见的紧固连接方式,螺纹连接的基本类型有四种,分别为螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接⑴。

螺栓连接由于结构简单,拆装方便,被广泛应用于航天%造船、汽车、吊装等各种工程结构当中。

由于螺栓连接在实际工程使用当中受力较为复杂,采用理论计算,通常繁琐且精度较差,随着有限元技术的，较的复杂结构受力分析叫本文针对螺栓连接进行有限元分析。

$螺栓连接强度分析1.1建立几何模型采用SolidWorks三维绘图软件建立螺栓几何模型,并在装式下进行螺栓％装，在建程中为了有限元分析计算，螺栓螺纹建，在AN-SYS Workbench中采用应接类型行螺纹兰连接状态。

建的三维型图1。

______________图1螺栓连接三维模型基金项目：山西省教育科学规划课题“重点实验室建设与复合型人才培养研究”(GH-18140)；山西工程职业学院2019年度研“''的教学改与实”(JKY-201911)作者简介：杨佩东(1988—),男，人，硕士，助教，研究方向：有限元分析技术。

ANSYS使用技巧（二）螺栓预载荷定义1、定义螺栓直接使用ANSYS中创建体的命令创建一个圆柱和两个圆环，组合成螺栓，注意要将螺栓粘接起来2、定义预应力psmesh命令使用功能：生成预拉伸剖面网格，创建并划分一个预紧截面使用格式：PSMESH, SECID, Name, P0, Egroup, NUM, KCN, KDIR, VA LUE, NDPLA NE, PSTOL, PSTYPE, ECOMP, NCOMPSECID：唯一的剖面号，截面号，这个号应该没有被用。

Name：截面名字P0：预紧（预拉伸）节点号码。

如果不存在的话，将生成一个。

确省的是最大号码数加1。

Egroup, NUMPSMESH将操作的单元组，如果EGROUP=P，激活图形拾取，并且NUM被忽略（尽在GUI的条件下有效）L（or LINE）-PSMESH在所有被NUM指定的线上的单元进行。

新的预紧点附在NUM或者它下面的实体上。

任何后来对NUM的LCLEA R操作将删除预紧单元和PSMESH创建的节点A（or AREA）-PSMESH在所有被NUM指定的面上的单元进行。

新的预紧点附在NUM或者它下面的实体上。

任何后来对NUM的ACLEA R操作将删除预紧单元和PSMESH创建的节点V（or VOLU）-PSMESH在所有被NUM指定的体上的单元进行。

新的预紧点附在NUM或者它下面的实体上。

任何后来对NUM的VCLEA R操作将删除预紧单元和PSMESH创建的节点P-PSMESH在所有后面选择的单元上进行，NUM被忽略。

ALL-命令在所有被选择的单元上进行，NUM被忽略。

KCN：分离面和法线方向所用的坐标系号KDIR：在KCN坐标系下，分离面的法线方向（x，y，或Z）如果KCN是笛卡尔坐标系，预紧截面的法线方向平行于KDIR轴而不管预紧节点的位置。

如果KCN非笛卡尔坐标系，预紧截面的法线方向坐标系KCN中，预紧节点处KDR的方向一致。

螺栓连接中预紧力的有限元分析摘要：利用有限元分析软件ANSYS建立了螺栓连接的有限元模型，采用了预紧力单元法和温度收缩法模拟预紧力两种方法，分析了不同载荷条件下螺栓结构的轴向变形图和轴向应力图，并将有限元分析结果与理论分析进行对比，以验证建立的有限元模型的有效性，为分析复杂结构中螺栓连接结构的简化提供了理论依据。

关键词：螺栓连接结构；预紧力单元法；有限元分析；温度收缩法0引言为了便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率等，各种连接得以广泛地使用^[1]。

其中，螺栓连接是最为常见的一种连接方式，其在装配时都需要施加一定的预紧力，目的是增强连接的刚度、紧密性和放松能力，防止受载后被连接件之间出现缝隙或滑移。

合适的预紧力对结构的疲劳强度是有利的，但是过大的预紧力会使连接结构失效。

因此，螺栓连接中控制预紧力十分重要。

螺栓连接结构中有限元分析中，螺栓连接预紧力的模拟对结构的应力和形变有一定的影响，特别是一些对螺纹连接紧密性要求较高的结构，如汽缸盖、轴承盖、齿轮箱等。

本文研究了螺栓结构中的预紧力，应用ANSYS软件螺栓结构建立了全尺寸三维有限元接触模型，并利用预紧力单元法和温度收缩法模拟预紧力两种方法，为复杂结构中的螺栓结构简化提供了理论依据。

1有限元法简介有限元分析的基本思想是用较简单的问题代替较复杂的问题。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。

^[2]主要分为前处理、求解和后处理3个阶段。

前处理模块主要用于建立有限元模型和网格划分，后处理模块用于采集处理分析结果，并将计算结果以图形、图表、曲线形式显示或输出。

有限元求解可分为6个步骤^[2]：①问题及解域定义：根据实际问题确定求解域；②求解域离散化：将求解域近似为离散域，即为有限元网格划分；③确定状态变量及控制方法：将包含边界条件的微分方程化为等价的泛函形式；④单元推导：选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，形成单元矩阵；⑤总装求解：将单元总装成离散域的总矩阵方程；⑥联立方程组和结果求解：采用直接法、迭代法和随机法求解联立方程组。