【RADIOSS每周干货】震惊!一次学会螺栓建模和预紧

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了螺栓在机械设备中的广泛应用及其重要性，以及螺栓预紧在仿真模拟中的关键作用。文章详细解析了螺栓建模的进化过程，包括从简单到复杂的五种螺栓模型，并指出了它们的优缺点。其中，bolt3和bolt4在建模时间和精度上具有较高的性价比。文章进一步详细阐述了高配款bolt4的建模方法和预紧实现过程，包括螺栓实体、弹簧和刚体的组合方式，以及预紧弹簧、无拉伸/压缩弹簧和普通弹簧的设置方法。最后，文章通过模拟被螺栓连接的钢板碰撞到刚性墙的实例，展示了预紧螺栓模型在求解过程中的三个步骤：螺栓预紧、动态松弛和碰撞。

从18世纪末，螺栓被广泛地运用在各种机械设备中。小到手表大到建筑，都有它的身影。小小螺栓承载着连接的重任，也因此疲劳、断裂多发生在螺栓附近。

为了保证仿真模拟的精度，正确地模拟螺栓至关重要。除了搭建螺栓的有限元模型，RADIOSS还可以帮助我们实现螺栓预紧。

我们可以把1-5看做一部螺栓模型进化史～

最简单的是用钢体(/RBODY)模拟螺栓。会造成局部应力过大，并且没法模拟螺栓的拉力、扭矩，也无法模拟螺栓失效。更不用提不能预紧了…优点是建模简便、快捷。

在刚体中加入一个弹簧单元，就可以模拟螺栓的受力、失效啦。但是这个模型依然无法实现螺栓预紧。

把bolt2中的一根弹簧换成了三根，其中包括一根预紧弹簧。然而上、下的刚体还是会有偏大的局部应力。

用实体模拟出了螺栓的上、下部分，很巧妙地将中间用三根弹簧连接，并用两个刚体连接弹簧和螺栓。

接下来就为大家介绍--如何get【高配款】并实现预紧。

【高配款】bolt4 模型主要由三部分组成：

<bolt4&弹簧单元连接方式>

 如果我们放大看实体中间的部分，上、下实体之间有3个弹簧、3个节点。其中，1、3节点连接在刚体上。2、3节点间有一个弹簧，而1、2节点间有两个弹簧。

负责预紧，预紧力沿弹簧轴线方向。在property中创建一个Type 23类型的预紧弹簧(SPR_PRE)：

<定义SPR_PRE>

传感器定义开始预紧的时间。如果希望预紧立马生效，可设置：

<定义sensor>

func_ID1和2分别定义预紧生效后，预紧力关于位移或时间的函数。比如，我们可以为func_ID2创建如下函数：

<预紧力关于时间的函数>

从0-0.002s，弹簧拉力从0逐渐增大到5000N。

0.002s以后，拉力恒定不变。

预紧弹簧仅描述了一个自由度上的受力，旁边的无拉伸／压缩弹簧负责描述其他自由度上的力、力矩。 创建一个Type 13的弹簧(SPR_BEAM)：

<无拉伸／压缩弹簧>

把拉伸／压缩方向的性质设为空，其他方向正常设置相应的值即可。

描述2、3节点间螺栓力学表现。创建一个Type 13的弹簧(SPR_BEAM)。正常设置相应的参数，模拟螺栓的性质。

Tips

节点1、2间的两根弹簧负责模拟预紧，长度不用太长；

在弹簧属性中，为rupture输入相关参数，即可定义弹簧失效条件。

<为弹簧设置失效>

创建一个自动生成主节点的刚体，并选取实体表面上的节点和弹簧的一端作为从节点。按照同样的方法，在上、下实体上各创建一个刚体。

<刚体>

Well done，按照以上方法，一个灵活、高效的螺栓就成型啦👌。可以把它运用到模拟计算中咯~

假设我们模拟被螺栓连接的钢板，碰撞到刚性墙上。如下图，我们按之前的方法创建穿过钢板的螺栓，黄色的图形就是螺栓实体部分。

<被螺栓连接的钢板>

这样带预紧螺栓的模型碰撞，需要三个步骤求解：

在已经定义好预紧弹簧/PROP/SPR_PRE(或/PROP/TYPE23)的前提下，螺栓在这个阶段逐渐被加载。

预紧结束后，使用动态松弛法使模型迅速恢复至稳定状态。在0002文件中加入/DYREL卡片即可实现。例如这里，我们设置了每0.0001s释放一次动能。通过0.002-0.005s之间30次释放动能，模型达到稳态。