螺栓连接-ansys有限元分析

螺栓联接的有限元分析问题描述如图所示，两个长方形平板通过两个螺栓连接在一起，具体几何尺寸如下：L1=0.05m,L2=0.03,L3=0.03,L4=0.09,W=0.07,板子的厚度H=0.008m，螺母半径R1=0.008m，螺母厚度H1=0.004，两个螺栓的中心距L=0.03m，螺杆半径R2=0.05，模型采用SOLID186单元模拟板子，采用接触向导定义接触对，材料参数：板材的弹性模量为2.1E11pa,泊松比0.3，应力应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度为400Mpa,切线模量为2E10pa,螺栓的弹性模量为2.1E11pa,泊松比为0.32，应力-应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度600Mpa,切线模量为2E10pa。载荷及边界条件：螺栓连接模型承受螺栓预拉伸应力和外拉伸两种载荷，因此计算中采用两个载荷步进行加载，第一个载荷设置螺栓的预拉伸力为1000N，第二个载荷步设置板子的右端承受60Mpa的拉力固定约束在板子左端一、建立有限元模型（1）定义单元类型本实例分析的问题中涉及到大变形，故选用Solid186单元类型来建立本实例的模型。本接触问题属于面面接触，目标面和接触面都是柔性的，将使用接触单元TARGE170和CONTA174来模拟接触面。接触单元在分析过程中使用接触向导时可以自动添加，这里就不再添加。下面为定义单元类型的具体操作过程。1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，将弹出ElementTypes(单元类型)对话框。单击对话框中的Add按钮，将弹出LibraryofElementTypes(单元类型库)对话框。2．在单元类型库对话框中，靠近左边的列表中，单击“StructuralSolid”一次，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。然后，在靠近右边的列表中，单击“Brick8node186”一次，选定单元类型Solid186为第一类单元。单击对话框中的OK按钮，关闭LibraryofElementTypes对话框。然后，ElementTypes(单元类型)对话框会重新显示，且在对话框中的单元列表框中列出了定义的单元类型1：Solid186。3．单击ElementTypes(单元类型定义)对话框中的Close按钮，关闭对话框，完成单元类型的定义。（2）定义材料特性1.选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，将弹出DefineMaterialModelBehavior(材料模型定义)对话框。定义1号单元的弹性模量，泊松比，屈服强度和切线模量structural|linear|elastic|isotropic2.用同样方法定义二号单元弹性模量，泊松比，屈服强度和切线模量structural|nonlinear|inelastic|rateindependent|isotropichardeningplasticity|misesplasticity|bilinear（3）建立几何模型1.通过scalarparameters输入参数L1，L2，L3，L4，W，R1，H1，L，R2，H.通过modeling|creat|volumes|block|bydimensions建立模型接触的两个板2.同样在当前坐标系下建立螺杆，通过modeling|creat|volumes|cylinder|partialcylinder3.将螺杆沿y方向偏移L，通过modeling|copy|volumes,选择上面创建的螺杆4.布尔操作求差，modeling|operate|Booleans|subtract|volumes,先后选择两板，单击apply,在选择两个螺杆，单击apply。5.建立螺母，modeling|creat|volumes|cylinder|bydimensiions|6.建立螺杆，modeling|creat|volumes|cylinder|bydimensiions|7.建立螺母，modeling|creat|volumes|cylinder|bydimensiions|8.移动螺栓使其与螺孔配合，通过modeling|move|volumes,选择上面创建好的螺栓9.复制上面的螺栓，modeling|copy|volumes,选择螺栓，单击apply,偏移量为沿Y轴L(4)划分网格1.建立好模型后划分网格，全局网格密度为0.005，sizecontral|global|set采用智能网格划分对两个板5,6进行网格划分2.对两个螺栓进行网格划分sizecontral|global|set，全局网格密度改为0.002，自由网格划分选取两个螺栓3.创建预拉伸单元，modeling|create|elements|pretension|pretensnmesh|wishoptions|divedeatvolu|elementsinvolu一个截面积为P1，沿Z轴，值为H，另一个截面积为P2，沿Z轴，值为H（5）创建接触对打开contactmanager。分析可知此模型共有5个接触对，螺栓与板的接触，螺杆与螺孔的接触，两个板之间的接触。通过序号可以查看处模型所有面的编号，仔细查看可知，A32，A18，A32为一个接触对，A40，A33，A26为一个接触对，A35A36与A29，A24，A23，A30为一个接触对,A7A8与A27，A22，A28，A21为一个接触对，最后A25与A31为一个接触对。二、加载并求解（1）定义第一个载荷步，1.依次点击solution|loadstepopts|outputctrls|soluprintout设置如下，输出控制为基本，输出频率为每一个子步2.依次点击solution|loadstepopts|time/frequency|timeandsubsteps,设置第一个加载步时间为1，60个子步，渐变载荷，打开自动时间步长。3.设置完成后对螺栓施加预紧力，p1加1000N,p2加1000N。solution|defineloads|apply|structral|pretnsn4.在一端边界施加所有方向的载荷。5.写入第一个载荷步（2）定义第二个载荷步1.时间和子步设置和第一个载荷步一样，2.依次点击solution|defineloads|apply|structral|pressure|onareas,选择右端截面，输入值-60e6,3.载荷加载完毕，写入第二个载荷步。4.求解。三、结果分析1.图所示为第一个载荷步作用时的位移云图，由图可知螺栓预拉伸作用后的最大位移发生在螺栓处，其值为0.701E-52.图所示为第一个载荷步作用时的螺栓位移云图，由图可知最大位移值为0.701E-53.图所示为第二个载荷步作用后的位移云图，由图可知最大位移发生在板子的载荷端，其值为0.0060374.图所示为第二个载荷步作用后的螺栓位移云图，由图可知最大位移值为0.001893；5.图所示为第二个载荷步作用后的等效应力云图，由图可知最大等效为893Mpa；6.图所示为第二个载荷步作用后的螺栓等效应力云图，由图可知最大等效应力发生在螺栓根部，其值为893Mpa；7.图所示为第一个载荷步作用时的接触压力云图，由图可知最大接触压力发生在螺栓与板子的接触面上,其值为51mp8.图所示为第二个载荷步作用时的接触压力云图，由图可知最大接触压力发生螺杆侧面，其值为为195Mpa