ANSYS螺栓仿真校核技術(shù)專(zhuān)題

1、ANSYS螺栓仿真校核技術(shù)專(zhuān)題技術(shù)創(chuàng)新 變革未來(lái)CAE仿真分析發(fā)展-系統(tǒng)VS細(xì)節(jié)CAE當(dāng)前發(fā)展充滿辯證思想系統(tǒng)VS細(xì)節(jié)宏觀VS微觀單場(chǎng)VS多場(chǎng)焊縫Multi-LevelMulti-ScaleMulti-DisciplinaryQcell1 Qcell2 Qcell3 Qcell4 Qcell5 Qcell6 Qcell7 Qcell8 Qcell9 Qcell10 Qcell11 Qcell12 Qcell13 Qcell14 Qcell15 Qcell16Temp_block_1 Temp_block_10 Temp_block_11 Temp_block_12 Temp_block_13

2、Temp_block_14 Temp_block_15 Temp_block_16 Temp_block_2 Temp_block_3 Temp_block_4 Temp_block_5 Temp_block_6 Temp_block_7 Temp_block_8 Temp_block_9單機(jī) VS 云平臺(tái) Multi-Platform通用軟件 VS 專(zhuān)業(yè)分析系統(tǒng) Multi-Paas純校核 VS 設(shè)計(jì)-制造 Multi-stage目錄螺栓失效及校核方法螺栓處理方式及ANSYS操作技巧螺栓處理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓強(qiáng)度及疲勞分析工具VDI2330簡(jiǎn)介Bolt Asses

3、sment inside Ansys簡(jiǎn)介實(shí)例演示細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)VS連接連接分類(lèi)機(jī)械連接鉚接、螺栓連接、鍵銷(xiāo)連接、彈性 卡扣連接等靜聯(lián)接不可拆固定連接：焊接、鉚接、粘接 等可拆固定連接：螺紋連接、銷(xiāo)連接、插接等焊接利用電能的焊接（電弧焊、埋弧焊、 氣體保護(hù)焊、點(diǎn)焊、激光焊）利用機(jī)械能的焊接（段焊、冷壓焊、 爆炸焊、摩擦焊等）動(dòng)連接柔性連接：彈性連接、軟軸連接移動(dòng)連接：滑動(dòng)連接、滾動(dòng)連接轉(zhuǎn)動(dòng)連接粘接粘合劑粘接；溶劑粘接螺栓連接螺栓連接形式螺栓連接螺紋設(shè)計(jì)輸入螺栓連接失效模式與相關(guān)試驗(yàn)螺栓連接失效形式螺栓不能提供充分的夾緊力，密封不夠；被連接件擠壓強(qiáng)度破壞；螺栓過(guò)載失效（螺栓載荷超過(guò)屈服載荷；螺栓載荷超過(guò)

4、了拉伸強(qiáng)度，螺栓 剪切失效）螺栓疲勞失效（螺紋失效、螺栓頭和螺桿過(guò)渡圓角、螺紋與光桿過(guò)渡處）螺紋剝離；螺栓相關(guān)試驗(yàn)螺栓相關(guān)仿真分析螺栓相應(yīng)仿真分析分析類(lèi)型分析目的1螺栓連接剛度剛度匹配合理，力流傳載合理模態(tài)，系列動(dòng)力學(xué)分析合理2被連接件靜強(qiáng)度評(píng)估接觸應(yīng)力，擠壓強(qiáng)度3螺栓預(yù)緊力計(jì)算裝配應(yīng)力4螺栓旋入過(guò)程分析旋入過(guò)程模擬以得到5螺栓靜強(qiáng)度計(jì)算螺栓靜強(qiáng)度評(píng)估6螺栓疲勞壽命分析螺栓可靠性評(píng)估7密封、夾緊力校核密封件或其他夾緊裝置要求8螺紋分析應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算螺紋失效及相關(guān)分析9多組螺栓裝配過(guò)程分析優(yōu)化螺栓裝配先后順序10螺栓動(dòng)剛度振動(dòng)分析振動(dòng)過(guò)程動(dòng)剛度分析和匹配11墊圈分析墊圈失效校核12螺栓磨損分析

5、磨損分析，磨損疲勞13螺栓熱機(jī)效應(yīng)，蠕變，松弛分析熱機(jī)效應(yīng)，蠕變，松弛等螺栓仿真分析部分案例 壓力容器法蘭聯(lián)結(jié)螺栓螺 紋疲勞計(jì)算 壓力容器密封性能分析 螺栓應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算 考慮復(fù)雜邊界的永磁電機(jī) 建模方法及其模態(tài)分析研 究報(bào)告 復(fù)雜電子機(jī)箱模態(tài)分析 注塑機(jī)主軸螺栓VDI2230 強(qiáng)度評(píng)估 風(fēng)機(jī)輪轂螺栓強(qiáng)度評(píng)估 風(fēng)機(jī)塔筒螺栓評(píng)估 柴油機(jī)活塞連桿螺栓分析 內(nèi)燃機(jī)機(jī)架NVH分析目錄螺栓失效及校核方法螺栓處理方式及ANSYS操作技巧螺栓處理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓強(qiáng)度及疲勞分析工具VDI2330簡(jiǎn)介Bolt Assessment inside Ansys簡(jiǎn)介實(shí)例演示螺栓失效及校

6、核螺栓模擬問(wèn)題比較復(fù)雜：需要根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題；所關(guān)心的部位來(lái)區(qū)別對(duì)待，采 用不同方法來(lái)模擬模擬方法：建立螺紋特征，進(jìn)行精細(xì)分析建立螺栓實(shí)體，不建立螺紋特征，螺紋與螺栓之間通過(guò)綁定接觸進(jìn)行連接；建立線體，通過(guò)BEAM的方法來(lái)模擬螺栓，可以施加螺栓預(yù)緊；建立螺栓連接關(guān)系，采用BEAMCONNECTION方法來(lái)實(shí)現(xiàn)；不建立任何幾何體素，在邊界的約束讀 取反力，通過(guò)理論公式進(jìn)行校核；螺栓處理過(guò)程在模擬螺栓過(guò)程中需要考慮的方面：幾何：螺栓和法蘭網(wǎng)格：如何采用最少的自由度來(lái)代表真實(shí)的結(jié)構(gòu)；四面體網(wǎng)格/六面 體網(wǎng)格接觸：接觸的定義，實(shí)現(xiàn)載荷傳遞載荷：預(yù)緊力；工作載荷；載荷步1：預(yù)緊力施加（preload o

7、r adjustment）- （500N)載荷步2：鎖定預(yù)緊力載荷步3：施加工作載荷后處理螺栓處理方式（1）法蘭結(jié)構(gòu)，螺栓及螺母采用真實(shí)螺紋形式進(jìn)行模擬，螺母處螺紋采用螺栓幾何作為工具 進(jìn)行布爾操作在螺紋處網(wǎng)格密度足夠的情況下，此種方法對(duì)剛度的模擬非常準(zhǔn)確網(wǎng)格大部分情況下都是四面體網(wǎng)格，需要檢查網(wǎng)格質(zhì)量如果想要得到準(zhǔn)確的應(yīng)力分布變形分布，網(wǎng)格必須足夠的細(xì)密螺栓處理方式（2）法蘭結(jié)構(gòu)，螺栓及螺母采用實(shí)體進(jìn)行模擬，但移除螺紋注意螺栓桿的剛度，盡量不改變螺栓桿的剛度，否則會(huì)影響螺栓的變形及系統(tǒng)中載荷的 傳遞網(wǎng)格大部分情況下都是四面體網(wǎng)格，需要檢查網(wǎng)格質(zhì)量如果想要得到準(zhǔn)確的應(yīng)力分布變形分布，在螺紋位置

8、的網(wǎng)格需要盡量的的細(xì)密螺栓處理方式（3）幾何結(jié)構(gòu)與處理方式（2）相同通過(guò)加密接觸部分（螺栓桿與螺母）的網(wǎng)格，Contact sizing網(wǎng)格大部分情況下都是四面體網(wǎng)格，需要檢查網(wǎng)格質(zhì)量螺栓處理方式（4）幾何結(jié)構(gòu)處理相對(duì)復(fù)雜，進(jìn)行切分，可以進(jìn)行掃略劃分六面體網(wǎng)格劃分，螺紋處網(wǎng)格加密螺栓處理方式（5）幾何及網(wǎng)格與處理方式（4）相同螺栓與螺母的螺紋接觸處采用cylindrical joint的方式定義通過(guò)插入命令將joint 修改為screw joint，并定義節(jié)距螺栓處理方式（6）對(duì)螺紋進(jìn)行分析，但是不對(duì)螺紋進(jìn)行建模通過(guò)定義的螺紋參數(shù)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算可以支持2D或者3D的形式支持非線性接觸以及No S

9、eparation接觸小應(yīng)變小轉(zhuǎn)動(dòng)理論可以快速提高分析效率對(duì)嚙合處的反對(duì)稱(chēng)接觸面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置中徑、螺距、牙型角等螺栓處理方式（7）螺栓幾何用線單元代替實(shí)體上下法蘭面被分割，可以定義梁與面的連接 關(guān)系線采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，模型尺寸明顯減少接觸，螺栓底部與法蘭的圓柱面，采用MPC算法的綁定接觸螺栓處理方式（8）螺栓幾何用線單元代替實(shí)體線采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，模型尺寸明顯減少接觸，螺栓桿與法蘭螺栓孔上下線綁定連接螺栓處理方式（9）通過(guò)Body-Body插入Beam在上下法蘭間只有一個(gè) beam188單元Scope：法蘭螺栓孔的邊或者是表面本方法不能直接使用螺栓預(yù)緊力 載荷，需要通過(guò)APDL命令施加。螺

10、栓處理方式目錄螺栓失效及校核方法螺栓處理方式及ANSYS操作技巧螺栓處理方式ANSYS操作技巧基于VDI2230的螺栓強(qiáng)度及疲勞分析工具VDI2330簡(jiǎn)介Bolt Assessment inside Ansys簡(jiǎn)介實(shí)例演示VDI2230準(zhǔn)則發(fā)展歷程VDI：德國(guó)工程師協(xié)會(huì)VDI2230是以前的VDI設(shè)計(jì)組ADKI和 現(xiàn)在的VDI聯(lián)合會(huì)的螺栓連接委員會(huì) 多年工作的成果 1974年12月版；1977年10月版； 1986年7月版 2001年10月修訂版；2003年2月版 2014年12月part2與常規(guī)方法的區(qū)別考慮了預(yù)緊時(shí)螺栓的松弛按照采用的擰緊工具，在計(jì)算中具體考慮了緊固力的變化范圍用計(jì)算法按零

11、件的材料和尺寸確定螺栓和 被連接件的柔度考慮到力作用點(diǎn)對(duì)傳力比的影響，引入載 荷導(dǎo)入系數(shù)，力爭(zhēng)通過(guò)科學(xué)計(jì)算求得各項(xiàng) 參數(shù)，更大限度的把經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行理論化INPUTSJoint diagramStressanalysisR0:初步確定螺栓公稱(chēng)直徑，核算其使用范圍R1:確定扭緊系數(shù)R2:確定最小殘余夾緊力R3:求工作載荷、彈性柔度、彈性回復(fù)和載荷導(dǎo)出系數(shù)R4:計(jì)算因嵌入產(chǎn)生的預(yù)緊力損失量FZR5:計(jì)算最小裝配預(yù)緊力R6:計(jì)算最大裝配預(yù)緊力R7:裝配應(yīng)力R8:工作應(yīng)力R9:變應(yīng)力R10:表面壓強(qiáng)R11:最小擰入深度R12:抵抗滑動(dòng)的安全限度R13:求扭緊力矩R0：初步確定公稱(chēng)直徑確定名義直徑d和檢查限

12、制的尺寸GR0：初步確定公稱(chēng)直徑確定名義直徑d和檢查限制的尺寸G名義直徑通常根據(jù)表格A7來(lái)決定在第一欄中選擇與作用于螺栓連接的負(fù)荷接近的最大的作用力；如果在組 合負(fù)荷（縱向載荷及橫向載荷）時(shí)，F(xiàn)Amax=2*e6的高強(qiáng)度螺栓 連接，其疲勞極限參考值為： 先軋制后熱處理的螺栓(SV） 熱處理后進(jìn)行軋制的螺栓（SG）此部分主要是校核 螺栓的疲勞強(qiáng)度保證螺栓工作時(shí)的 應(yīng)力幅小于許用應(yīng) 力幅許用應(yīng)力幅根據(jù)加 工方式（熱處理前 滾壓和熱處理后滾 壓）的不同而不同R9：確定交變應(yīng)力影響螺栓疲勞壽命的主要因素當(dāng)螺栓的最大應(yīng)力一定時(shí)，應(yīng)力幅越小，疲勞強(qiáng)度也就越高。影響螺栓應(yīng)力幅的主要因 素是螺栓和被聯(lián)結(jié)件的剛

13、度在工作載荷和剩余預(yù)緊力不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)結(jié)件的剛度都能達(dá)到 減小應(yīng)力幅的目的理論和實(shí)踐證明：在相同的剛度情況下，恰當(dāng)增大預(yù)緊力FM，也能提高螺栓的疲勞強(qiáng)度，因此較大的螺栓預(yù)緊力既保證了傳遞切向載荷的安全系數(shù)，又保證了疲勞壽命R10：確定最大表面壓力螺栓連接的極限可以通過(guò)以下假設(shè)的動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度值來(lái)估 算：先軋制后熱處理（SV）：熱處理后進(jìn)行軋制（SG）：對(duì)螺栓頭（螺帽）和另一邊被夾緊工件之間的支撐區(qū)域 進(jìn)行校核，應(yīng)保證計(jì)算出來(lái)的表面壓力不應(yīng)該超過(guò)被夾 緊材料的表面極限壓力。裝配狀態(tài)的條件：工作狀態(tài)的條件：對(duì)于使用屈服夾緊技術(shù)活角度控制夾緊技術(shù)的最大表面 壓力，考慮到屈服點(diǎn)分布，

14、使用以下方法計(jì)算：交變安全系數(shù)校核：由于螺栓與接觸面 之間的壓力有可能 導(dǎo)致接觸面被壓潰。因此必須保證在裝 配狀態(tài)時(shí)和工作狀 態(tài)時(shí)接觸面產(chǎn)生的 壓力都小于許用接觸壓力，以保證接 觸面安全R11：確定最小擰入深度（旋合長(zhǎng)度）為了防止由于配合螺紋脫開(kāi)導(dǎo)致螺紋連接失效，螺栓螺紋和螺帽螺紋必須 要有足夠的重合。旋合中的螺栓螺紋的最大張力要小于螺帽螺紋的最大張 力：這種條件下所需的最小旋合長(zhǎng)度Meffmin與公稱(chēng)直徑相關(guān)?？梢詤⒄障聢D來(lái) 確定。R12：抵抗滑動(dòng)的安全限度如果橫向載荷通過(guò)螺栓連接中的摩擦夾 緊來(lái)傳遞，那可以采用以下方法可以求 得用來(lái)傳遞橫向載荷的最小剩余預(yù)緊力 Fkrmin和夾緊力Fkqe

15、rf。防滑交變安全系數(shù)校核：當(dāng)螺栓連接過(guò)載時(shí)，即橫向載荷超過(guò)了分界 面的靜摩擦力，則需要螺桿與安裝孔的接觸 來(lái)傳遞載荷，導(dǎo)致產(chǎn)生螺栓剪切應(yīng)力（SL） 分界面處，螺栓橫截面At的剪應(yīng)力為：防止剪切作用，要進(jìn)行交變安全性校核：R13：確定扭緊力矩在螺栓最大預(yù)緊力確定的情況下，螺栓聯(lián)結(jié)各部分的摩擦系數(shù)越大所需的 預(yù)緊力矩也就越大?？紤]到螺栓聯(lián)結(jié)分散系數(shù)的影響，一般采用摩擦系數(shù)最 小的情況來(lái)計(jì)算所需的預(yù)緊力矩，從而避免預(yù)緊力矩過(guò)大造成的螺栓失效。VDI2230螺栓設(shè)計(jì)思路（已知）螺栓材料：最大屈服強(qiáng)度確定裝配預(yù)緊力在最大裝配力的情況下校驗(yàn)工作狀態(tài)時(shí)的各項(xiàng)安全系數(shù)不屈服不疲勞不壓潰不滑移有限元分析 VS VDI2230分析應(yīng)用邏輯操作流程有限元模型處理1