Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接(預緊力）【轉發】

2017-07-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

螺栓連接是結構連接的一種主要方式,在CAE分析中經常遇到,針對不同的情況,通常我們會采取不同的方法來處理。螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。

(1)建立三維實體的螺栓模型,包括螺紋結構;

(2)建立三維實體的螺栓模型,忽略螺紋結構;

(3)建立三維實體的螺栓模型,由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設置螺紋接觸;

(4)利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。

本次以梁單元模擬螺栓為例,簡單闡述其應用。利用梁單元模擬螺栓與實體螺栓相比優勢比較明顯,模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易,同時梁單元也能有效反應螺栓的受力情況,在很多情況下比較適用。

螺栓的模擬通常需要考慮預緊力的作用,利用CAE方法模擬螺栓預緊力的過程主要由三個載荷步完成,下面的例子會涉及。

建立如下所示的模型,三個部件,兩塊板和一根梁,其中梁是一個3D wire,建立一條線即可。

圖1

材料屬性定義的時候,梁單元需要指定梁截面,如下圖所示。

圖2

梁的截面形狀可以根據需要指定,本次為圓形截面,半徑為10,如下圖所示。

圖3

同時,梁單元還需要指定方向,通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation,給出其中的n1向量,這里注意,梁的軸向是由向量t表示的,n1和n2兩個向量決定梁截面,其中t向量和n1、n2兩個向量決定的平面垂直。

本次定義n1向量為0,0,-1,最終梁的方向定義完成如下所示。

圖4

之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關位置建立MPC連接,如下所示。

圖5

梁單元的兩端節點分別與螺栓螺帽位置處的節點進行MPC連接,連接形式可以由多種,這里選擇Beam連接。

定義多個載荷步,其中前三個載荷步用于施加螺栓預緊力。定義方式是在Creat Load下面的Bolt Load(螺栓載荷),選擇梁單元后確認方向(這里方向的影響不大)

載荷步1:施加10N的預緊力;

載荷步2:施加50KN的預緊力;

載荷步3:將預緊力的形式改為Fix at current length,如下圖所示。

后面的載荷步則可以正常施加其他載荷。

圖6

本次實例加完載荷計算后得到的應力結果如下所示:

圖7

可以通過主菜單View-ODB Display Option下面的Render Beam Profile開關,顯示真實的螺栓形狀,打開之后如圖所示。

圖8

本次施加的是拉力載荷,因此螺栓主要承受的是拉力,其應力水平最高。

主要流程和關鍵地方進行了一些闡述,具體在復雜問題的應用則可以在基本流程和方法的基礎上有其他的變化或更多設置等,有待大家自己摸索。