教你Abaqus与Ansys螺栓连接有限元分析
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导读：螺栓计算中的有限元分析（FEA）是一种强大的数值方法，用于预测螺栓连接在各种载荷条件下的行为。这种方法通过离散化螺栓及其周围结构为一系列相互连接的单元（如节点和网格），并应用物理定律来模拟这些单元之间的相互作用，从而能够精确计算螺栓的应力、应变、位移以及可能的失效模式。长期以来，在螺栓有限元计算过程中，Abaqus和Ansys吸引了众多仿真技术爱好者和专业人士的深入探索，本文引用两位仿真优质内容创作者的技术文章《Abaqus螺栓连接断裂案例》和《ANSYS 螺栓连接分析》，分享他们在螺栓连接分析中的独特魅力和应用实践。旨在帮助学习者更快，更高效率掌握螺栓有限元计算方法和技巧。两连接板通过一个螺栓连接，一段固定，另一端施加位移载荷拉伸，螺栓发生断裂。螺栓和连接板都用钢。
下面介绍螺栓预紧力施加和自动识别接触对的整个过程，一个方通管，螺栓连接上下面，施加5000N预紧力。方通材料为Q235，弹性模量210GPa，泊松比0.3。 此处省略一万字（定义材料、属性及组装等），直接来到创建载荷步，因为螺栓连接考虑了接触，所以此处打开非线性开关。 下面介绍自动识别接触对，进入interaction模块，创建接触属性，这里需要创建切向属性和法向属性。 下一步自动识别接触对，这里需要设置合适的间隙容差，否则识别不了。为了验证我们这里做个对比，容差设置为0.1，识别2个接触对，为螺帽和连接件接触面，但是把容差改为0.5，识别了4个接触对，增加了螺杆和连接件圆孔的接触对。这种方法需要用户熟悉结构，知道各个接触对的容差范围。 下面进入加载模块Load，约束方通两端自由度。对螺栓施加预紧力，选择预紧力施加类型bolt load，region选择螺杆中间面（提前切好面），施加轴向预紧力。 设置分析工况步step-1，由于模拟的螺栓断裂分析，分析类型选择dynamic explicit显示分析，打开非线性开关。
这里设置两个约束，BC-1约束一端6个自由度，BC-3释放加载端加载方向自由度，BC-2施加位移载荷，本例施加拉伸5mm。
由于进行的是显式分析，所以载荷加载需要动态加载，设置加载曲线
最终结果有点不理想，可能和材料参数设置有关，分析流程就是这样。
二、螺栓连接，通过WORKBENCH求解
在实际应用中，紧固件有着多种连接方式，包括但不限于以下种类：普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、T型槽螺栓连接。螺栓、螺钉和螺柱会采用不同等级的钢材进行制造，不同的等级对应的材料属性也有差异，我们在仿真紧固件时需要注意材料对仿真结果的影响。一般螺栓会给定一个扭矩载荷，在仿真中需要对螺栓施加预紧力载荷。在Ansys workbench中构建螺栓的方式大体有5种。
预紧力的加载需要在螺栓头和螺母之间柱面加载，如预紧方向不是延轴线方向，则需要建立螺栓坐标系，确保z轴朝向轴线方向。在分析设置中添加2步，开启子步，开启大变形，添加预紧力的载荷两步，第一步加载载荷50000N，第二步是加载后锁定。在使用预紧力较小的情况下，结构会发生偏转滑移（预紧力5000N）。在增大预紧力的情况下，结构滑移变小，摩擦力变大（预紧力50000N）。本模型已经收录到仿真秀最全学习资料包，如下图，请在仿真秀APP公众号菜单资料库进行下载。仿真秀用户福利
VDI 2230是由德国工程师协会（VDI）发布的一项标准，专门用于计算和校核螺栓连接的安全性。这一标准已经在工程实践中应用了超过30年，为螺栓连接的设计提供了全面的计算标准和流程。VDI 2230不仅解释了力、力矩和形变之间的关系，还提供了详细的计算信息，能够帮助工程师系统地、全面地分析螺栓及被夹紧件的受力和变形情况。
2024年7月，德国工程师协会首次推出VDI2230-3，这是一个全新的内容，虽然不能撼动VDI2230-1在螺栓计算中的地位，但却是对VDI2230-1的很好的补充。螺栓设计老张是在此标准推出的第一天就开始将其国产化的工作，逐字逐句进行翻译。知识无国界，2024年9月25日，仿真秀携手螺栓设计老张举办一次讲座，希望为大家带来一些新的知识内容。
螺栓设计老张：2024螺栓VDI2230-3标准新版专家解读（付费直播）-仿真秀直播
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