5_UG有限元螺栓连接分析实例_沈春根

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螺栓联接接触问题有限元分析

螺栓联接接触问题有限元分析作者：王熙婷来源：《工业技术创新》2017年第06期摘要：研究螺栓联接结构形式复杂接触的承载特性，对比分析螺栓简化前后连接件受力和位移变化情况。

在三维图形设计软件Pro/E中构建模型，导入有限元软件ABAQUS中进行模拟仿真。

螺栓联接装配体连接件在与螺栓接触的位置易发生应力集中，且应力分布梯度变化较大；在远离螺栓联接的位置，简化前后应力分布相差不大；螺栓联接简化前后位移变形分布云图基本相同。

关键词：螺栓联接；接触问题；有限元分析；Pro/E；ABAQUS中图分类号：O343.3 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 06-011-04工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.06.003引言螺栓联接是机械装配体中应用最广的一种结构形式，通过螺栓将两个连接件连接在一起，形成一个整体传递力与扭矩。

对螺栓联接的承载特性进行研究，能够更好地指导螺栓联接结构形式的智能制造。

ABAQUS是功能强大的有限元软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大复杂的模型，处理高度非线性问题。

ABAQUS不但可以进行单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究[1]。

对整个螺栓联接装配体进行有限元分析时，为节约计算资源，常常简化模型，将两个连接件接触面Tie在一起，这对模拟分析结果必然产生影响。

本文采用ABAQUS对比螺栓简化前后连接件受力和挠度变化情况，以及确定使用简化分析模型的前提条件，为螺栓联接结构形式的应用提供理论依据。

1 模型构建在任何一个大型设备中，螺栓联接是其必然存在的结构形式。

本文采用两个螺栓联接两块连接板的情形作为分析对象，其中一块连接板作为固定板，另一块连接板作为加载板。

该装配体在三维图形设计软件Pro/E中建立，完成后的模型如图1所示。

2 有限元模拟2.1 几何模型转化在Pro/E中建立的螺栓联接装配体几何模型，通过中间软件UG NX对细小结构进行修改和简化，保存文件为中间过渡格式.step，使修改后的模型能够满足进行有限元模拟的要求。

0_NX仿真教学笔记2020_沈春根

NX仿真培训_具体内容见系列专题
NX仿真教学笔记（2020版）
江苏大学沈春根 2011年第1版 2017年第2版 2020年第3版
静力学、非线性、动 64个课时；扩展模块分10块，视情况择块讲解；以跟随操作为主，穿插介绍有限元概念；根据具体需要（接受程度、专用模块需求）内
② 演示建立多个solution。 ③ 演示克隆解算方案。 ④ 建立子工况及其作用。 ⑤ 自定义材料实例演示。
第3天 – 内容
① Z字型底座受力分析流程，1）拆分六面体方法；2）网格配对初步；3）单元和节点的显示；4）强调熟练掌握分析流程的重要性。
② 阶梯轴零件六面体划分，轴承力载荷。 ③ 中空套类零件六面体划分。 ④ 网格控制、网格细化命令演示，中间带孔底座四周
第8天 – 内容
① 网格划分提高实例演示。 2D相关网格、2D映射网格、FEM几何体清理。
① 对称约束、轴对称应用实例。 ② 耦合约束、循环对称应用实例。 ③ 非均匀载荷及其应用实例。 ④ 求解无结果的常见问题。
第9天 – 内容（扩展模块1）
① 屈曲失稳分析。 ② 模态结构仿真分析。 ③ 几何尺寸优化分析。 ④ 非线性结构分析。 ⑤ 零件疲劳分析。
② 0D及其应用实例：1）0D在网格点/点；2）0D均布到棱边上；3）0D均布到面上。
③ 台阶周受到不平衡质量点，在某个转速下分析： ④ 1D蛛网连接：1）中心点和端面连接；2）中心点和
内孔圆柱面连接。 ⑤ 轴零件施加力矩实例演示。
第7天 – 内容
① 螺栓螺母连接受力分析演示。 ② 螺钉连接受力分析。 ③ 0D1D2D综合实例。 ④ 1D装配件实例。
应力集中案例演示。 ⑤ 四面体、五面体（混合网格）和六面体的应用。

15_UG有限元带阻尼振动分析_沈春根

0D单元
1D单元
0.2 弹簧单元 – 属性参数表（一维弹簧单元）
PELAS (CELAS2)
PELAS (CELAS1)
0.3 弹簧单元 –
属性参数表（三维弹簧单元CBUSH）
注意：CBUSH1D为一维弹簧单元
0.4 阻尼单元 – 描述
0D单元
1D单元
0.5阻尼单元 – 参数表
PDAMP (CAMP1)
PDAMP （CDAMP2）
0.6 质量单元- 描述
0D单元
1D单元
0.7 质量单元- 参数表
PMASS (CMASS1)
PMASS (CMASS2)
0.8 创建弹簧、质量和阻尼单元的2种方法
1.1 弹簧质量单元静力学分析- 提出问题
此端固定， Z拉伸方向
弹簧刚度设定为 10N/mm
计算弹簧的变形量
该节点固定，X方向变形
弹簧刚度设定为 10N/mm
采用有限元计算固有频率
该节点质量为 1Kg
2.1 无阻尼单自由度振动系统 – 理论公式
K=1000N/m; M=1Kg。
理论计算： f = 15.924 Hz。
2.2 固有频率计算 – 创建弹簧单元并设置参数
创建1条直线和2 个点
此端向下拉力 10N
1.2静力学分析- 构建fem模型及参数
拉伸Z 方向
还可以采用单元创建命令（手工）
阻尼系数不影响静力学计算结果
1.3静力学分析- 构建的弹簧单元
隐藏辅助线
网格显示和标签显示
1.4静力学分析-构建sim模型并求解结果
位移云图
反作用力云图
2.0无阻尼单自由度振动系统 – 固有频率计算

UGNX有限元单元质量检查沈春根

确保网格/单元的质量和一致性。确保有限元模型（几何体、网格、参数等
数据）是否符合求解的要求。
1.2 有限元模型检查 – 主要内容和命令1
是最基础的，也是最重要的命令之一！
1.3 有限元模型检查 – 主要内容和命令2
2.1 单元质量检查 – 评价/检查指标（系统检查）
2.2 单元质量检查 –检查指标（用户可控）1
更新有限元模型：单元解锁之后，一般需要进一步操作更新有限元模型。
红色为错误单元，黄色为警告单元；
一个一个查看选项的指标，可以观察得到哪项指标超差。
3.2 检查实例 - 进一步核查哪项指标超差
3.3 检查实例 – 修改阈值即可通过检查
实际中不建议这么操作！
3.4 检查实例 – 改善单元质量的方法
单元类型： CQUAD4 单元大小： 2.5mm；
方法1：改变单元类型；方法2：减小单元大小；方法3：修复单元，见下面内容！
单元类型： CTRIA3
单元大小： 3.5mm；
4.0 修复单元方法- 常见的有3种
方法1：分割单元（分割壳），使得单元类型更加简单，比如对1个四边形单元分割成2个三角形单元，成功率高得多。
方法2：拖动节点，重新定位模型中的个别节点位置，改善单元形状的宽高比。
方法3：删除单元，重新手工划分更为简单类型的单元，降低单元的阶次。
0.805927，就是等边四面体的高度与边长之比，其结果就是宽高比。使用等边四面体单元，宽高比值为 1。
定义五面体和六面体的宽高比，略有不同。
2.5 单元质量检查 – （部分单元）阈值示例
根据超出阈值的范围，分为警告和错误两类级别！
3.1 检查实例- 四边形单元 – 按默认限制值结果

14_UG有限元焊接分析_沈春根

此棱边或者附近建立一条焊缝
2.0 实例基本情况- FEM模型
板1
板2
2.0 实例基本情况- SIM模型
此棱边或者附近区域建立不同类型的焊接单元
2.1 CWELD实例_步骤1，weld单元
2.1 CWELD实例_步骤2，焊接属性
2.1 CWELD实例_步骤3，显示焊接单元
显示的红色区域，即为建立焊缝（点焊）
ugnx有限元分析焊接连接分析江苏大学沈春根2017年3月第1版ugnx有限元培训专题14ugnx100版本目录?焊接连接基础?cweld命令有限元实例?点焊命令有限元实例?焊接连接的总结10焊接连接基础ugnx提供的方法?提供了2类焊接方法分别是cweld和点焊
UG NX有限元培训 – 专题14
UG NX有限元分析焊接连接分析
1.1 焊接连接基础 – CWELD焊接单元
不是实际单元，只是简单的连接定义。在解算模型时，NX Nastran 会在内部生成约束方程，用于定义 CWELD 连接的刚度（和CFAST相似）。
不能使用 CWELD 连接命令连接使用同一物理属性表的 2D 网格。
必须定义焊接单元的属性（焊接材料和焊点直径）。焊接单元不得超出被焊接的两个面的边界。
的单元！
2.1 CWELD实例_步骤4，sim和求解
Z方向位移云图
2.2 点焊实例_步骤1，点焊对话框
2.2 点焊实例_步骤2，点焊单元显示
建立的5个 1D刚性梁；
更新顶面、底面网格。
2.2 点焊实例_步骤3，sim和求解
和cweld 相比，略大些！
和cwel不一样，此处显示1D 刚性梁！
江苏大学沈春根 2017年3月第1版
UG NX10.0 版本

17_UG有限元扭转刚度计算_沈春根

显然：传动轴设计精度和设计要求越高，该规定
值[θ]越小。计算出传动轴实际的单位长度扭转角之后，实际的抗扭刚度就是扭矩除于该单位长度扭转角。
1.3 扭转刚度基本概念 – 应用有限元计算的必要性
通过理论计算可以得到单位长度的扭转角度，和规定值相比较，从而判断刚度是否满足设计要求；但实际中，传动轴形状和截面比较复杂，难以通过理论计算得到扭转角度；而采用有限元计算，效率高，可以快速计算出整个长度上最大变形长度值，换算得到最大扭转角度，进
（相对扭转角）为：0.137
（°/m）可见：刚度满足一般要求，即小于0.2（°/m）。
5 总结- 扭转刚度校核的基本步骤
采用有限元计算出传动轴切向的最大变形量χ；
换算出轴向长度上的最大扭转角为：χ／d，单位为rad。其中d 为传动轴的最大半径，单位为mm；转换成单位为度的最大扭转角，即为：χ*180／d*π，单位为° （度）；计算出单位长度扭转角（相对扭转角），即为： χ*180／d*π/L，单位为（°/m）。其中L为轴向总长度，单位为m；结果评判：即上述计算值是否超过设计允许的相对扭转值0.2～1 （°/m）。
UG NX有限元培训 – 专题17
UG NX有限元分析扭转刚度的计算
江苏大学沈春根杭州 Teelon
适合：轴类、套筒类传
济南孔维忠
2017年6月第1版
动件的刚度性能评价
目录
扭转刚度基本概念
扭转刚度理论公式和实例 UG有限元计算实例1-对比 UG有限元计算实例2
1.1 扭转刚度基本概念 – 相对扭转角
理论计算值为0.00222 °
4.1 有限元应用实例2 – 提出问题
联轴器一端固定，另一端受到1000N.m的扭矩；轴向长度为130mm；最大直径为：100mm；材料为45钢；计算其最大应力、最大扭转角和单位长度扭转角。

(完整)螺栓连接的有限元分析

1 概述螺栓是机载设备设计中常用的联接件之一.其具有结构简单,拆装方便,调整容易等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车以及各种工程结构之中。

在航空机载环境下，由于振动冲击的影响,设备往往产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。

螺栓是否满足强度要求，关系到机载设备的稳定性和安全性.传统力学的解析方法对螺栓进行强度校核，主要是运用力的分解和平移原理，解力学平衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化.没有考虑到连接部件整体性、力的传递途径、部件的局部细节(如应力集中、应力分布)等等。

通过有限元法，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学解析的缺陷.用有限元分析软件MSC。

Patran/MSC。

Nastran提供的特殊单元来模拟螺栓连接，过程更方便，计算更精确,结果更可靠。

因此，有限元在螺栓强度校核中的应用越来越广泛.2 有限元模型的建立对于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点约束单元法和梁元法等。

多点约束单元法(MPC)即采用特殊单元RBE2来模拟螺栓连接.在螺栓连接处，设置其中一节点为从节点(Dependent），另外一个节点为主节点(Independent)。

主从节点之间位移约束关系使得从节点跟随主节点位移变化。

比例因子选为1，使从节点和主节点位移变化协调一致，从而模拟实际工作状态下，螺栓对法兰的连接紧固作用.梁元法模拟即采用两节点梁单元Beam,其能承受拉伸、剪切、扭转。

通过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致.本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。

2.1 几何模型如图1所示组合装配体，底部约束。

两圆筒连接法兰通过8颗螺栓固定.端面受联合载荷作用。

图1 三维几何模型2。

2 单元及网格抽取圆筒壁中性面建模，采用四节点壳元(shell），设置壳元厚度等于实际壁厚。

法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其它可以相对稀疏。

在法兰上下两节点之间建立多点约束单元（RBE2，算例1，图3）或梁元(Beam, 算例2,图4)来模拟该位置处的螺栓连接。

11_UG NX有限元对称零件分析实例_沈春根-免费分享

建立对称约束；建立其他约
束条件；施加轴承载
荷；
1.5实例1-对称约束-约束模型和结果
内孔固定
轴承载荷
对称约束
和全模型做对比分析
2.0.1 轴对称分析-基础知识1
旋转体零件且施加载荷和约束仅为径向和轴向（即没有相切分量）时，即可采用轴对称分析方法；
非常适合回转轴、压力容器等旋转零件；操作时，在轴侧的剖切平面上创建有限元模型，大
பைடு நூலகம்
两侧内孔固定
承受轴承力载
荷
当零件的结构是对称的，且包含对称的约束条件和载荷，则可以通过将模型切割成一半，仅分析一半模型来简化问题。
1.2实例1-对称约束-在理想化中拆分体
1.3实例1-对称约束-处理FEM模型
隐藏一半的多边形体；赋予材料、物理和网
格属性；网格划分；
1.4实例1-对称约束-处理SIM模型
2.5 实例2- 进行2D网格划分，并定义材料属性
默认即可
2.6 实例2- 新建仿真、解算方案和施加条件
2.7 实例2-结果显示
剖面结果显示
3D轴对称显示
内压均布10MP
轴端棱边固定
2.2 实例2- 新建FEM，选择轴对称结构类型
2.3 实例2- 切换到理想化环境提升体、拆分体
检查模型的 Z轴为对称轴，否则对模型进行变
换。
2.4 实例2-切换到FEM模型
步骤2：选中一个剖面，通过仅显示，显示其片体。
步骤1：检查仿真导航
器各个节点的变化；同时隐藏一半的几何体。
UG NX有限元教学和培训 – 专题11
UG NX有限元分析常见对称零件分析和应用

UG有限元0D1D2D实例_沈春根

1D网格对话框中，尽量勾选合并节点选项；如果出现重复节点，计算后无法出现结果。
2、步骤11 –新建SIM、添加重力载荷、施加4个撑脚的固定约束
注意重力方向！
2、步骤12-计算并查看应力和变形结果
整体应力云图
撑脚应力云图
3.1、总结1：思考以下问题
网格配对类型为何采用了自由重合方式？本实例1D连接类型使用了RBE3，为何不用RBE2？如果撑脚1D梁单元和底板2D单元不进行节点检查和合并操作，为何无法计算出结果？请克隆计算方案，改变0D单元载荷大小并重新计算，可以研究不同重量对整体结构变形和应力的影响规律。
重物为模拟发动机等承重体，和底板若干点进行联接并传递重力；
所有材料为steel；
在顶部载荷作用下，分析整个结构的变形和
应力分布；
分析撑脚的受力状况。撑脚4个，截面 25×25，厚3；底板1个，厚3；重物1个，质量为100kg；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 实例介绍 – 练习目的
构建待分析的装配模型，为简化问题，不分析底板和撑脚重量对整个结构的重力效应；在FEM中将重物简化为0D单元；撑脚简化为 1D梁单元；底板简化为2D单元；本实例要点：一是如何构建0D单元？二是0D单元如何和底板2D单元上若干个点联接起来？
建方法，模拟实物和实际情况有所区别的；
比如撑脚和底板是面面接触，撑脚简化为1D形成
了点接触，造成了底板四个角处发生应力集中；比如重物和底板接触面比较大的，采用了若干点的 1D连接，显然分析的效果和实际有出入的；根据上述的启发，建议改进模型并进行分析。
4、参考文献
UG NX CAE帮助文件；

高强度螺栓螺纹根部应力集中的有限元分析

因此，不建议用增大螺栓螺距的方法来缓解螺纹根部的应力集中。
%# 结论
（&）在螺栓与螺母的联接组合中，离支承面越近，螺栓螺纹根部的应力越大，其最大应力出现在螺栓与螺母啮合第一扣的螺栓螺纹根部，因此此处最容易发生断裂，这与螺栓的实际断裂位置是一致的，说明本文建立的有限元接触分析模型是正确的，分析结果是可靠的。（’ ）对于标准 ($) 粗牙螺栓，增大螺纹根部圆角半径可以显著降低螺栓螺纹根部的应力，从而缓解应力集中，当半径从 *" )+,, 增大到 &" *$,,时，应力值降低超过 &!- ，但是当半径增大到一定程度后，继续增大半径对螺纹根部应力的影响较小。（! ）减小 ($) 螺栓的螺纹深度，使得螺纹根部圆角半径进一步增大，可以进一步降低螺栓螺纹根部的应力。而且在半径相同的情况下，螺纹深度越小，螺纹根部的应力也越小。（% ）依靠增大螺距来降低 ($) 螺栓螺纹根部的应力，效果不明显。参考文献：
) ) 普通三角形螺纹根部应力集中系数大，使得现在使用的高强度螺栓存在严重的安全隐患，而且也严重影响了螺栓向更高强度发展。某 /%0 高强度螺栓从螺栓与螺母啮合的第一扣处螺纹根部发生断裂，严重影响了结构的安全可靠性。因此，有必要研究 /%0 高强度螺栓螺纹根部的应力集中情况，寻求减少螺纹根部应力集中、改善螺纹处应力分布的途径，从而确保 /%0 高强度螺栓的安全使用。减少螺栓螺纹根部应力集中、改善应力分布一般可以通过以下方法实现：一是增大螺纹根部的圆角半径；二是增大螺栓螺纹根部直径（即减小螺纹深度）；三是改变螺栓与螺母联接的结构

1_UG有限元难理解术语及其应用NO1_沈春根

目录
仿真坐标系
网格配对条件
1D连接用法
本知识点为第1部分，第2部分还在不断地补充和完善中 ---
接触和粘结条件
1.1 仿真坐标系的类型
绝对坐标系（ACS，全局坐标系）：永久不能动；工作坐标系 (WCS)：可以移动，创建节点坐标系以之作为参考；局部坐标系：用户自定义，有助于构建FEM模型；节点位移坐标系：定义节点位移限制时，要使用它；节点参考坐标系：提供节点参考坐标值，创建附加网格有用。
的情况（网格配对条件和曲面接触网格，均在FEM中定
义）；
支持的解算方案类型
4.2 接触和粘结条件- 面对面胶合
和面对面接触一样，应用于仿真文件为活动状态的情况；连接两个曲面，以防止在所有方向产生相对运动；除了SOL 701 和轴对称解算方案不支持该类型之外，适用于所有结构 NX Nastran 解算方案；边到面胶合配对条件 – 配合拆分体使用
该操作在理想化环境下进行的；为在FEM环境中网格配对操作提供了条件；注意仿真导航器窗口操作节点名称发生的变化；
3.1、 1D连接 – 使用场合
可以用来连接一个装配 FEM 中的组件 FEM；可以用来连接一个 FEM 中
的多个片体和实体；
使用基于 FE 的连接可更精确地控制节点位置；
或在基础几何体不可用时，使用它；
由于基于 FE 的连接没有绑定到基础几何体，因
此如果修改几何体或网格，它们可能不能正确更
新。
4.1 接触和粘结条件 - 面对面接触
定义两个曲面之间的接触；
应用在两个曲面有滑动趋势的两个曲面之间；
应用于仿真文件为活动状态
2.2 网格配对- 类型

UGNX有限元单元质量检查_沈春根

2.3 单元质量检查 – 检查指标（用户可控）2
2.4 单元质量检查 – 指标举例-宽高比
宽高比：检查测量单元长度与其宽度的比率。四面体单元宽高比：采用的比率是顶点高度与相对面的面积平方根的比率。宽高比 = Max(cf(hi)/sqrt(Ai))，其中 i = 1,2,3,4。最大高度与面积之比的值乘以一个因子 cf = 0.805927，就是等边四面体的高度与边长之比，其结果就是宽高比。
4.0 修复单元方法- 常见的有3种
方法1：分割单元（分割壳），使得单元类型更加简单，比如对1个四边形单元分割成2个三角形单元，成
功率高得多。
方法2：拖动节点，重新定位模型中的个别节点位置，改善单元形状的宽高比。
方法3：删除单元，重新手工划分更为简单类型的单
元，降低单元的阶次。
4.1 修复单元 – 分割壳类型和操作步骤
4.1.3 修复单元 – 分割壳示例3
分割的单元阶次越
低、数量越多，则成功率越高！
将1个三角形单元分割成2个三角形单元
将1个三角形单元分割成4个三角形形单元
4.2 修复单元 – 拖动节点
拖动方向
拖动菜单→编辑→节点 →节点拖动预览
4.3.1 修复单元 – 删除单元（第1步）
放大显示失败单元
UG NX有限元培训 – 专题16
UG NX有限元分析单元质量检查和简单修复
江苏大学沈春根
分析→有限元模型检查
2017年5月第1版
→单元质量
目录
有限元模型检查的内容
单元质量检查和评价的指标单元质量检查实例不合格单元修复的基本方法
1.1 有限元模型检查 – 主要目的

螺栓连接 ansys有限元分析

螺栓联接的有限元分析问题描述如图所示，两个长方形平板通过两个螺栓连接在一起，具体几何尺寸如下：L1=0.05m,L2=0.03,L3=0.03,L4=0.09,W=0.07,板子的厚度H=0.008m，螺母半径R1=0.008m，螺母厚度H1=0.004，两个螺栓的中心距L=0.03m，螺杆半径R2=0.05，模型采用SOLID186单元模拟板子，采用接触向导定义接触对，材料参数：板材的弹性模量为2.1E11pa,泊松比0.3，应力应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度为400Mpa,切线模量为2E10pa,螺栓的弹性模量为 2.1E11pa,泊松比为0.32，应力-应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度600Mpa,切线模量为2E10pa。

载荷及边界条件：螺栓连接模型承受螺栓预拉伸应力和外拉伸两种载荷，因此计算中采用两个载荷步进行加载，第一个载荷设置螺栓的预拉伸力为1000N，第二个载荷步设置板子的右端承受60Mpa的拉力固定约束在板子左端一、建立有限元模型（1）定义单元类型本实例分析的问题中涉及到大变形，故选用Solid186单元类型来建立本实例的模型。

本接触问题属于面面接触，目标面和接触面都是柔性的，将使用接触单元TARGE170和CONTA174来模拟接触面。

接触单元在分析过程中使用接触向导时可以自动添加，这里就不再添加。

下面为定义单元类型的具体操作过程。

1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型)对话框。

单击对话框中的Add按钮，将弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框。

2．在单元类型库对话框中，靠近左边的列表中，单击“Structural Solid”一次，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。

然后，在靠近右边的列表中，单击“Brick 8node 186”一次，选定单元类型Solid186 为第一类单元。

25_UG疲劳耐久分析V1_沈春根

UG NX有限元培训 – 专题25
UG NX有限元分析疲劳耐久性
江苏大学沈春根 2016年8月第1版
前提: 已熟悉SOL101和疲劳理论基础知识。
目录
疲劳耐久基础知识；疲劳分析耐久分析流程；疲劳耐久分析实例及主要步骤；疲劳分析结果及其评判方法；
1.1 疲劳耐久性分析的用途
用于在简单或复杂加载条件的累积效应下，对设计结构的强度及其耐久性进行评估。
详细的耐久性参数；
后续的耐久性计算，后台计算时调用这些参数！
3.1 静力学计算结果（操作步骤略）
最大工作应力为 900.75MPa，小于许用应力981.67MPa （该材料屈服强度除于安全系数）；
从静力学角度看该零件设计是安全的；
从疲劳耐久角度看，能否满足承受反复载荷作用的要求？
材料选用库自带的AISISTEEL-4340;
约束和静力载荷如图所示；分析：在200N反复作用
10万次下零件的疲劳耐久性能？
3.0.1 指派材料时查看其基Байду номын сангаас物理参数
3.0.2 指派材料时的注意事项- 检查其耐久性参数
采用库材料，一定要检查有无耐久性参数；
否则需要自定义！
S-N曲线在此！允许自定义！
3.2.5 耐久性步骤5-求解、打开和查看结果
4.0 疲劳耐久评判依据
4.1 疲劳耐久分析结果评判- 强度安全系数
最小强度系数为 1.377，说明该零
件强度合格。
4.2 疲劳耐久分析结果评判- 疲劳安全系数
最小疲劳系数为0.835，说明：该零件在10万次交变应力作用下，会产生疲劳失效。
2.2 疲劳分析耐久分析流程-基于函数

钢结构螺栓连接的有限元数值模拟

钢结构螺栓连接的有限元数值模拟
王智
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2013(035)002
【摘要】螺栓连接是钢结构连接的主要方式之一,具有施工简单、拆装方便等优点.现行钢结构规范中对螺栓连接的计算都是在一定的假设条件下进行的.本文以钢结构规范中的计算公式为基础,运用有限元数值分析的方法,采用ABAQUS来分析普通螺栓群在受剪和受拉条件下的各个螺栓的受力情况.将有限元软件模拟的结果与公式计算结果进行比较,证明规范公式的正确性.文中分别模拟分析了普通螺栓群在受剪的情况下承受轴心力、扭矩,和普通螺栓群在受拉的情况下承受拉力、弯矩的受力情况.
【总页数】3页(P61-63)
【作者】王智
【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.海外钢结构全螺栓连接制作精度控制 [J], 王宇;杨锋;杨杰;徐海峰;杨敖
2.有限元数值模拟技术在钢结构施工、节点优化方面的应用 [J], 宾建雄;罗祥;丁杰;黄烽峻;鲁胜虎
3.“钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副紧固轴力”和“钢结构用高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数”实验室间比对结果公告 [J], 无
4.钢结构普通螺栓连接的质量控制 [J], 纪明;苏靖宇;刘文昕
5.钢结构法兰螺栓连接节点抗震性能试验研究 [J], 陈艳丹;文华;孙新坡;陈阳国;程倩
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0_UGNX有限元教学笔记2017_沈春根-免费分享

① 热传导分析。 ② 流体分析。 ③ 热固耦合结构分析。 ④ 热流耦合结构分析。 ⑤ 动力响应分析。
第8天 – 内容
① 网格划分提高实例演示。 ② 对称约束实例演示。 ③ 轴对称结构应用实例。 ④ 非均匀载荷及其应用实例。
第9天 – 内容（扩展模块1）
① 屈曲失稳分析。 ② 模态结构仿真分析。 ③ 几何尺寸优化分析。 ④ 非线性结构分析。 ⑤ 零件疲劳分析。
第10天 – 内容（扩展模块2）
② 阶梯轴零件六面体划分，轴承力载荷。 ③ 中空套类零件六面体划分。 ④ 网格细化命令演示，中间带孔底座四周应力集中案
例演示。
第4天- 内容
① 工字型底座受力分析流程，1）理想化环境提升体、拆分体；2）2D网格划分；3）单元质量检查。
② 2D坏单元修复，1）分割壳；2）合并三角形。 ③ 稍复杂零件抽取中面演示案例。 ④ 局部加载需要，进行：1）分割面；2）分割线；3）
1）同时建立FEM和SIM；2）圆柱坐标系。
第2天 – 内容
① 演示1个prt建立多个FEM、1个FEM建立多个 SIM实例及其用途（L型底座）。
② 演示建立多个solution。 ③ 演示克隆解算方案。 ④ 建立子工况及其作用。 ⑤ 自定义材料实例演示。
第3天 – 内容
① Z字型底座受力分析流程，1）拆分六面体；2）网格配对初步；3）单元和节点的显示；4）强调熟练掌握分析流程的重要性。
② 0D及其应用实例：1）0D在网格点/点；2）0D均布到棱边上；3）0D均布到面上。
③ 台阶周受到不平衡质量点，在某个转速下分析： ④ 1D蛛网连接：1）中心点和端面连接；2）中心点和
内孔圆柱面连接。 ⑤ 轴零件施加力矩实例演示。
第7天 – 内容ห้องสมุดไป่ตู้

05_NX CAM曲面铣刀路优化案例_沈春根

（圆角）清根（圆角）清根
演示的主要内容
陡峭角对刀轨效果的影响不同切削模式的刀轨效果
最小切削长度的作用陡峭和非陡峭之间的重叠距离切削方向和切削顺序对刀轨的影响
切削区域刀轨的修剪和延伸多条刀路和参考刀具刀路的比较垂直方向陡峭圆角的刀路优化
通过探索和调整操作中的相关参数，使得刀路优化并更加符合切削的要求。
局部放大的刀轨图（相接区域没有重叠）
陡峭刀轨
非陡峭刀轨：平行往复
相接区域相接区域相接区域
陡峭刀轨：往复深度加工
非陡峭刀轨
4.1 实例4：陡峭和非陡峭重叠距离大于0的效果
相接区域：刀路适当重叠。
5.0实例5：固定轴引导曲线铣削跑道模型
加工对象辅助建模使用刀具操作类型驱动方法切削模式切削区域
窄小区域：产生刀路！
4.0 实例4-陡峭和非陡峭重叠距离为0的效果
加工对象
精加工各个斜坡面
使用刀具
球头刀
操作类型
固定轴轮廓铣
驱动方法
区域铣削
切削模式（非陡峭）平行往复
切削模式（陡峭）往复深度加工
陡峭方法
陡峭和非陡峭
陡峭壁角度
45度
问题：陡峭和非陡峭的过渡区域，如果重叠距离为0，则会出现未加工的可能，造成该区域表面质量不佳。
NX CAM培训系列教程05
NX CAM 实例教程
固定轴轮廓铣之刀路优化实例
江苏大学沈春根 2017年第1版本 2020年第2版本
实例目录
序号
实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 实例6 实例7 实例8
操作类型
固定轴轮廓铣之区域铣固定轴轮廓铣之区域铣固定轴轮廓铣之区域铣固定轴轮廓铣之区域铣固定轴引导曲线曲面铣固定轴引导曲线曲面铣

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蛛网连接； CBAR 或 CBEAM 单元
1D单元； RBE2 或 RBE3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单元
0.2 基础- 定义螺栓特征和尺寸
A 螺栓头的直径，使用孔的边或孔的中心点来定义螺栓头的位置； B 螺栓的总长度，包括螺栓头。如果在螺纹孔中创建螺栓，则必须指定螺栓长度。 C 螺栓螺母的直径，使用孔的边或孔的中心点来定义螺栓头的位置。 D 螺栓轴直径，可通过1D 单元关联的梁横截面来控制直径。 E 螺栓的有效螺纹长度。对于螺纹孔中的螺栓，必须指定有效螺纹长度。
0.3 基础- 螺栓螺母连接FEM模型
头部孔端面单元节点
1D单元
螺母孔端面单元节点
0.4 基础- 螺纹连接FEM模型
头部孔端面单元节点
1D单元
和螺纹连接对应单元节点
1.1螺栓螺母连接实例-指定螺栓头部及其尺寸
1.2螺栓螺母连接实例-指定螺母及其尺寸
1.3螺栓螺母连接实例-其他参数默认并确定
定义1D 属性
1.4螺栓螺母连接实例- 定义1D属性
截面尺寸材料，也可自定义材料
1.5螺栓螺母连接实例- 查看导航器窗口数据结构及其对应关系
1.6螺栓螺母连接实例- 解算结果（垂直方向变形）
底板之间不施加面面接触约束
底板之间施加面面接触约束
1.7螺栓螺母连接实例-螺栓轴和接触面结果
UG有限元教学和培训 – 系列专题5
UG NX 有限元
螺栓连接分析实例
江苏大学沈春根 2011年2月第1版 2017年3月第2版 UG NX8.5版本以上
目录
螺栓连接有限元基础
螺栓螺母连接实例；
螺栓螺钉连接实例；带预紧力螺栓螺钉连接实例；
0.1 基础- 基本原理
螺栓轴采用1D 单元来模拟；将 1D 单元和孔周围网格节点之间采用蛛网连接，来模拟螺栓头部或者螺母和孔端面接触、螺栓和孔壁接触；
2.1螺栓螺钉连接实例-指定螺纹及其尺寸
调整参数，查看蛛网变化
2.2螺栓螺钉连接实例- 垂直变形结果
3.1有预紧力螺栓螺钉连接实例-施加预紧力
比较不同预紧力的各自结果
3.2有预紧力螺栓螺钉连接实例-对比结果
施加预紧力的结果
4、参考文献
UG NX CAE帮助文件； UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲，机械工业出版社，2010； UG NX8.5有限元分析入门与实例精讲，机械工业出版社，2016；