Abaqus螺栓有限元分析

1、1.分析過程1.1. 理論分析1.2. 簡(jiǎn)化過程如果將Pro/E中的3D造型直接導(dǎo)入Abaqus中進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)出現(xiàn)裂紋縫隙無法修補(bǔ)，給后期的有限元分析過程造成不必要的麻煩，因此，在Abaqs中進(jìn)行計(jì)算之前，對(duì)原來的零件模型進(jìn)行一些簡(jiǎn)化和修整。A. 法蘭部分不是分析研究的重點(diǎn)，因此將其簡(jiǎn)化掉；B. 經(jīng)計(jì)算，M24X3的螺紋的升角很小，在度，因此可以假設(shè)螺旋升角為0;C. 忽略螺栓和螺母的圓角等細(xì)節(jié)；1.3. Abaqus中建模查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到牙型如下圖所示，在Abaqus中按照下圖所示創(chuàng)建出3D模型，如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。同樣的方式，我們建立螺母的3D模型nut，如錯(cuò)誤!未找到引用

2、源。所示。圖1-1圖1-2建立材料屬性并將其賦予模型。在Abaqus的Property模塊中，選擇Material->Manager->Create,創(chuàng)建名為Bolt&Nut的新材料，首先設(shè)置其彈性系數(shù)。在Mechanical->Elastic中設(shè)置其楊氏模量為193000Mpa,設(shè)置其泊松比為，如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。建立截面。點(diǎn)擊Section->Manager->Creat,建立Solid,Homogeneous的12/13圖1-3各向同性的截面，選擇材料為Bolt&Nut，如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。將截面屬性賦予模型。選擇Assign

3、->Section，選擇Bolt模型，然后將剛剛建立的截面屬性賦予它。如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。同樣，給螺母nut賦予截面屬性。irEditSectionAssignmentRegionRegion:£et-52Sectio-nSection:Section-1Note:Listcontainsonlysectionsapplicabletotheselectedite-gions.Type:Solid,Homo-geneousMaterial:boltnutOKCancel圖1-433/13£3IMaterial:bolt&nut=EditSectionN

4、ame:Section-1Type;Solid.Homogeneo-us圖1-6nPlanestress/strainthickness:OKCancel圖1-5然后，我們對(duì)建立的3D模型進(jìn)行裝配，在Abaqus中的Assembly模塊中,我們同時(shí)調(diào)入兩個(gè)模型，然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instanee命令對(duì)模型進(jìn)行移動(dòng)，最終的裝配結(jié)果如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。第四步，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。進(jìn)入Abaqus中的Mesh模塊，然后選擇Bolt零件，使用按邊布種的方式對(duì)其進(jìn)行布種，布種結(jié)果如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。在菜單Mesh->Con

5、trol中進(jìn)行如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示的設(shè)置使用自由網(wǎng)格劃分，其余設(shè)置使用默認(rèn)。在菜單Mesh->Elementtype中選用如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示的設(shè)置。按下Mesh圖標(biāo)，對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終的結(jié)果如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。同樣的方式對(duì)螺母模型nut進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終結(jié)44/13果見錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。1016/13圖1-7Element5hape匚用曰Hex-dominated9TetCWedgeTechnique©As詮聲FreeStr-.turT-J圜OSw&E-pCjBet!口m-up©MultipleAlgorithruSUted

6、efaultalgorithmNon-standardintaifioredementgrowfib1.D5L05£lGrmvthratemappedtrimwhinganboundingFaceswhereInsertboundarylayerDfaulKCsncd圖1-8圖1-9圖1-10圖1-11第五步，創(chuàng)建分析步。在Step模塊中，點(diǎn)擊Step->Manager圖標(biāo)，創(chuàng)建新的分析步，類型為Static，General,名稱為Step-Load，其余使用默認(rèn)設(shè)置即可。第六步，添加約束條件和載荷。在Interaction模塊中，選擇Tools->Surface-Man

7、ager，創(chuàng)建如錯(cuò)誤！未找到引用源。所示的表面為集合Load_shang和Load_xia，分別用作加載載荷和約束。選擇Load模塊，在BC->Manager->Creat中創(chuàng)建約束BC-ENCASTED,選擇剛剛定義的Load_xia集合,將6個(gè)自由度全部約束，如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。下面我們?yōu)槟Ｐ吞砑蛹s束，選擇Load->Create，進(jìn)入約束創(chuàng)建界面，選擇約束施加的表面為我們之前設(shè)定的Load_shang，施加的載荷的類型為Pressure，大小為，具體設(shè)置如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。圖1-12EditBoundaryCcnditionName!EC-Enca&am

8、p;tedType:£ymmetry/Antisymmetry/EncaEtreInitialRegion;Set-3怎CS-YS:tGLobal)怎人：?X5YMMfUl=UR2=UR3=YS-YMM(U2=UR1=UR3=0):ZYMMCU3=UR1=UR2=0)XASYMMU2=U3=UR1=O：Abaqus/Standardonly)YASYMMU1=U3=UR2=0;Abaqut/Standardonly)ZASYMMUl=U2=UR3=0：Abaqus/Standardonly)DIMMED(Ul=U2=U3=04ENCASTRE(Ul=U2=U3=UR1=UR2=UR2

9、二0)OK:Cmncel圖1-13十rEditLoadName:Load-1Pre5-SLiireStep-load(Static,General)Region;Load_5hang怎OKCaned圖1-14第六步，定義接觸面。接觸面是Abaqus分析中非常重要的一環(huán)。進(jìn)入Abaqus中的Interaction模塊，先在Tools->Surface菜單中設(shè)置我們要定義的兩個(gè)相互接觸的面。如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示，螺栓上的接觸面主要是螺紋的下表面，按著Shift鍵依次將其選中。如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示，螺母上的接觸面主要是螺紋的上表面，同樣按著Shift鍵依次將其選中。設(shè)置接觸面的屬性

10、。選擇Interaction->Manager->Creat中創(chuàng)建接觸面，類型選擇面和面接觸，選擇Mechanical->TangentialBehavior，輸入摩擦系數(shù)為，選擇Mechanical->NormalBehavior，接受默認(rèn)設(shè)置，最終設(shè)置如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。選擇Interaction->Creat，創(chuàng)建螺栓和螺母之間的接觸，接觸，類型選擇剛剛定義的接觸類型，設(shè)置結(jié)果如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。圖1-15圖1-16圖1-17令EditInteractionName:Int-1關(guān)閉Type:Surface-to-surfacecontact(

11、Standard)Step:Step-load(StatiCjGeneral)0Mastersurface:bolt_surf怎'r(H|Slavesurface:nuOurfQSlidingformulatiom:FiniteslidingSmallslidingDiscretizationmethod:SurfacetosurfaceIIExcludeshell/membraneelementthicknessDegre-eo:smoothingformastersurface:0.2Usesupplementary匚ontactpoints:SelectivelyONeverOA

12、lways匚ontacttracking:aTvoconfigurations(path)QSingle匸onfiguration(state)SlaveAdjustmentSurfaceSmoothingClearanceBondingQNoadjustmentAdjustonlytoemoveoverclosure_Specifytolerance-foradjustmentzone:0Adjustslavenodesinset:Contactinteractionproperty:IntProp-1Options:inteirferenceFit.Contactcontrol's

13、!(Default0ActiveinthisstepOKCancel圖1-18最后，創(chuàng)建任務(wù)，接受默認(rèn)設(shè)置，并提交計(jì)算。1.4. 仿真結(jié)果將任務(wù)提交計(jì)算之后，得到的3維應(yīng)力云圖如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。為了觀察更為方便，我們將云圖剖開，如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。從云圖中我們可以看出，螺栓頭部與螺桿相接觸的地方的應(yīng)力較大，螺栓的螺紋處，由于截面發(fā)生變化也聚集著較大的應(yīng)力。由于在仿真過程中，將壓力施加在螺母的下表面，因此螺母的下方的變形較大，螺母的下方的幾條螺紋的受力較大，頂層的兩層螺紋幾乎不受力。使用Abaqus中的工具對(duì)題目要求的節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果如錯(cuò)誤!未找到引用源。所示。1.000ODBrJob-2.odbAhanus/Staridard6.131SunJui«：m-：z：21:44GMT408-002014圖1-19IAbsqus/Standardti.13-11.000S.Rii