螺栓预紧结构用Hypermesh做接触实例
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在很多场合,要将若干个零件组装起来进行有限元分析,如将连杆与连杆盖用连杆螺栓连接起来,机体与气缸盖用螺栓连接起来,机体与主轴承盖连接起来。如何模拟螺栓预紧结构更符合实际情况,是提高有限元计算精度的关键。
螺栓+螺母的连接与螺钉的连接有所不同,螺栓+螺母的连接方式比较简单,可以假设螺母与螺栓刚性连接,由作用在螺母上的拧紧力矩折算出作用在螺栓上的拉伸力F,将螺杆中间截断,在断面各单元的节点上施加预紧单元PRETS179,模拟螺栓的连接情况。
对于螺钉(双头螺栓)连接有些不一样,螺钉头部对连接件1施加压应力,接触面是一个圆环面,但栽丝的一端,连接件2受拉应力。一种方法是在螺纹圆周上施加拉力,相当于螺纹牙齿接触部分,而且主要在前几牙上存在拉力,如第一牙承担60~65%的载荷,第二牙承担20~25%的载荷,其余作用在后几牙,但因螺纹的螺距较小,一般为1.5~2mm,而单元的尺寸为3~4mm,因此可以假定在连接件2的表面的螺纹圆周节点上施加拉力。另一种方法是在连接件2的表面的整个螺纹截面的所有节点上施加拉力,这样可能防止圆周上各节点上应力过大,与实际情况差别较大,应为实际表面圆周各节点只承受60~65%的载荷。比较好的处理办法是在连接件的表面单元的圆周节点上施加70%的载荷,在第二层单元的圆周节点上施加30%的载荷,但操作比较麻烦。
随着连接件1、2的内部结构和刚度不同,以及连接螺钉的个数和分布的不均匀性,连接件1、2表面的变形不一致,产生翘曲,使表面的节点有的接触,有的分离,而导致接触面的应力分布和应变分布不均匀,因此需用非线性的接触理论来讨论合件的应力问题。
若不考察螺栓头部与连接件1表面的变形,可用将螺栓与连接件1用一个公共面连接,作为由两种不同材料的构件组成一个整体。螺钉(双头螺栓)与连接件2也用这种方法处理。
图1是一个简单的螺钉连接实体模型。图2是用hypermesh划分网格后的模型。
图1 实体模型图2 网格模型
该模型由三个零件组成,连接件1(蓝色)、连接件2(橙色),螺钉(紫红)。
1. 建立实体模型
在PRO/E 中建立三个零件模型,见图3、4、5,并组合成合件(见图1)。
图3 连接件1 图4 连接件2 图5 螺钉
2.划分有限元网格
在Hypermesh中读入合件模型,见图6。
图6 合件实体图
(1)点击永久菜单中的命令,出现模型浏览器(图7),
点选浏览器中的,关闭文件GG..prt(连接件1)和LS.prt
(螺钉);点选,此时在图形窗口中只剩下JiTi.prt(连接件
2),见图8。
首先对图8所示的模型进行修改,去掉沉孔中的突出部分:按
键盘上的快捷键F8,出现如图9所示的命令窗口。图8 JiTi模型
图9 命令窗口
点选,在图形窗口中图
形上点击连接件沉孔突出体底部的
两个节点,使灰色的节点变成白点,
在点击,白点变成黄点,
见图10。
点选,进入几何模型
主菜单,点选命令,图10
进入面编辑命令窗口,见图11,点选图7 模型浏览器
图11 面编辑命令窗口
窗口中的命令,并点击,调整到
,点击图10中的两个黄色节
点,将两黄色节点用绿色线段连接。见图12
按键盘上的快捷键F2,进入删除窗口,见图13,点击
图12中需要删除的突出部分的三个面,被选中的面呈白色,
见图14,点击命令,删除后的图形见图15。图12
图13 删除窗口
图14 图15 图16 建立2D模型,并命名为j2d,网格尺寸,大半径半圆周分布节点为10个,小半径半圆周分布节点为8个,端面直径分布5个节点,见图16。
建立螺钉与连接件2的公共面:进入2D主窗口,点击命令,见图17,建立文件名Rm,点击,退出;进入几何模型窗口,见图18。点选
命令,进入面编辑窗口,见图11,点选和
图17 collectors窗口
图18 几何模型主菜单
,并在方框四周出现淡蓝色边框,点
击公共面周边的节点,使其呈白色节
点,见图19,点击命令,
建立酱红色的公共面,见图20。
建立连接件2的2维网格模型,
取名为g2d,沿半圆周分布10个节
点。见图21。图19 图20 将螺栓模型LS的螺杆延长16mm,首
先去掉螺杆端面,即按F2,进入删除窗口,
见图13,点击
,再点击螺杆端面,使其变成白色,点击命令
,见图22
向下拉长螺杆16mm,补足长度,
进入2D窗口,点击,见图23,点
选,图21 图22 选择,点选图22的螺杆端面的直线,使之呈白色,点击
图23 drag 对话框
图24 图25
下面的命令,出现图24、
25,并分别点击和,并填写0、-16(向下
拉伸16mm)。点击,返回到图23,点击,