螺栓预紧分析

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January 1, 2020
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3.2. 启动分析流程，进入Mechanical界面查看设置
• （5）打开目录树，熟悉设 置：垫片网格为扫略，法 兰及螺栓为高阶四面体单 元。
• （6）查看接触对：垫片对 上下法兰，螺栓对上下法 兰，接触设置保持默认； 螺杆上没有定义接触。
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3.3. 定义螺栓预紧力并求解
• （2）选择bolt shank 作为试加螺栓预紧力的几何；通过表格定义螺栓预紧：载荷步1的 “Define By” 为“Load “ 载荷大小为 1500 lbf，在载荷步2和3中，设置“Define by” to “Lock”。
注意：Clear上次结果之后再进行求解。
• （10）保存文件，再点击File-save as将文件另存为WS4A-gasket.wbpj，作为08-垫 片分析的输入文件。
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分析小结
• 该案例分别进行了实体螺栓与线体简化螺栓的预紧力施加，比较了分析结果，预紧力结 果基本一致，实体螺栓结果更加精确。
• （1）确定目前处于Workbench的起始 界面【Project】，即 “主页”。
• （2）修改单位制为U.S.Customary。
• （3）该文件中已经定义好几何材料， 可双击Engineering Data模块，查看材 料定义。
• （4）打开ANSYS Mechanical模块：找 到第一个项目流程【Project Schematic】 窗口下的A项目（3D实体螺栓分析过 程），双击其中的【Model】栏目， 即打开ANSYS Mechanical模块的界面。
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3.5. 修改垫片与上法兰的接触类型，求解并查看结果
• （2）点击Solve求解，比绑定接触需要稍微多的迭代步；
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3.5. 修改垫片与上法兰的接触类型，求解并查看结果
• （3）再次后处理查看 螺栓预紧力；step2依然 为1500；step3降低到 1046（原先为1438.9）。
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3.6. 修改螺栓预紧力，再次求解，查看结果。
• （3）后处理；查看接 触状态与压力。
• （4）查看变形与应力， 发现应力很高，垫片 很可能屈服了。
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• 预紧力分析需要采用三个载荷步，第一步加载预紧力，后边的载荷步中lock预紧力，在 第三个载荷步中施加外部载荷，这样可以很清晰的在结果中查看到螺栓预紧力变化。
• 螺栓模拟是采用实体螺栓还是线体简化螺栓，需要根据分析目的来决定。
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• （2）点击Solution，右键，插入Probe-bolt Pretension。
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3.4. 结果查看
• （3）更新结果，查看螺栓预紧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结果。
注：step1只是试加预紧力，但是实际没有预紧力产生，只是去施加这个预紧载荷；step2预紧 力才开始从0增加到1500；step3则保持，这就是为啥需要3个载荷步去定义螺栓预紧力。
• （2）打开该文件后，Workbench环境的起始界面，包含了两个静力分析的流程，一个3D多 体螺栓分析，一个线体螺栓分析，如下图。
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3.2. 启动分析流程，进入Mechanical界面查看设置
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3.7. 线体简化螺栓计算。
• （5）对线体试加螺栓预紧力，同实体螺栓类似的方法：现在线体为几何；载荷 步1试加1500lbf，载荷步2-3为lock。
• （6）点击Solve求解。求解很容易。
3.7. 线体简化螺栓计算。
• （3）3D实体螺栓被抑制了，使用一个线体去替代它；螺栓对法兰的接触对也被 对应的删除了。
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3.7. 线体简化螺栓计算。
• （4）插入2个fix joint去连接线体与上下法兰外表面；选择线体顶点，法兰顶面/ 底面；定义pinball半径为0.40 in。
3.5. 修改垫片与上法兰的接触类型，求解并查看结果
• （1）回到接触, 点击垫片和上法兰的绑定接触：明细窗口中，改变接触类型为粗糙； 这将导致非线性接触行为，允许这些表面无阻力分开；而滑动仍然受到限制。
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3.3. 定义螺栓预紧力并求解
• （1）插入螺栓预紧力：点击Static Structural（A5），右键，插入螺栓预紧力.
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3.4. 结果查看
• （6）垫片和上法兰状态为粘连，正是我们期望的；接触压力：正压表示垫片压缩， 负压表示垫圈拉伸。
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案例描述
• 所有零件的材料均为ANSYS材料库中默认提供的钢材料，弹性模量为 2.1×10e5 MPa， 泊松比为 0.3，密度是7.85×10 e-9 t/mm 3。
• 该分析分为三个载荷步，边界条件：侧面与底面为无摩擦支撑，第三个载荷步中，上 端受力1048lbf，来模拟端盖负载；内壁受压力1000psi。
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摘要
• 本算例主要介绍了螺栓的模拟，模型由螺栓、法兰、垫片组成，螺栓 的模拟又分为实体与线体螺栓，并比较了两种分析模型的结果。还介 绍了螺栓预紧力的施加需要分成三个载荷步，以方便查看螺栓预紧力 结果，并对垫片与法兰之间的绑定接触与粗糙接触进行了结果对比， 非线性结果更符合实际情况。
• 本例针对螺栓的模拟具有借鉴和指导作用。
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案例描述
• 本案例几何包含：螺栓、法兰、垫片。 • 如下图，两个法兰通过螺栓连接在一起，螺栓与法兰之间建立接触，垫片独立划分网
格，并与两端法兰分别接触。本案例将分别计算3D螺栓体与线体简化螺栓两种螺栓仿 真方式，并进行结果对比。
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3.7. 线体简化螺栓计算。
• （7）后处理：螺栓预紧力结果跟实体螺栓完全相同；在设计弯曲的应用中，3D 实体螺栓更加准确。
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3.7. 线体简化螺栓计算。
• （8）垫片与上法兰接触结果
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3.7. 线体简化螺栓计算。
• （9）将螺栓预紧力改为10000lbf，再次求解计算，查看结果。
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3.1.启动 ANSYS Workbench，打开已有的分析文件
• （1）首先启动ANSYS Workbench环境。在【File】下拉菜单点击Restore Archive，打开分析 文件压缩包“WS3a-bolt.wbpz”，然后保存为“WS3a-bolt.wbpj”文件。
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3.6. 修改螺栓预紧力，再次求解，查看结果。
• （1）将螺栓预紧力修 改为10000lbf。
• （2）点击Static Structural –右键 Clear Generated Data ；求解。
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3.3. 定义螺栓预紧力并求解
• （4）点击Solve求解，由于是线性材料和绑定接触，很快收敛；
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3.4. 结果查看
• （1）点击“Solution Information”，明细中，设置 “Visible on Results” to “Yes”
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3.4. 结果查看
• （4）查看其它结果。
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3.4. 结果查看
• （5）插入接触工具， 查看垫片和上法兰的 绑定接触，查看状态、 渗透、压力、间隙。 更新结果。
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3.7. 线体简化螺栓计算。
• （1）返回Project页， 双击B4，打开线体螺 栓分析流程的 Mechanical界面。
• （2）修改单位制如下。
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• （4）查看接触结果： 状态为Near，接触压力 为0，说明，最初定义 的螺栓预紧力1500是不 足以压紧下法兰。
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3.5. 修改垫片与上法兰的接触类型，求解并查看结果
• （5）查看其它结果。
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3.3. 定义螺栓预紧力并求解
• （3）点击分析设置，打开大变形；
✓ 注意：载荷步1运用螺栓预紧力；载荷步2锁止螺栓预紧力；载荷步3运用额外的压力和力。
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3.2. 启动分析流程，进入Mechanical界面查看设置
• （7）查看边界条件：侧面无摩擦支撑代表对称，下端面无摩擦支撑用来约束Y向自由 度，第三个载荷步中施加压力和力，在法兰的2个内表面，添加了一个压力载荷；上 法兰顶面添加了一个力，来模拟端盖负载。