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1、螺栓预紧螺栓预紧第五章第五章Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧模拟螺栓结构时，考虑螺栓的紧固带来的预加载（或预拉伸）是十模拟螺栓结构时，考虑螺栓的紧固带来的预加载（或预拉伸）是十分重要的分重要的.ANSYS可以很容易的模拟螺栓预紧可以很容易的模拟螺栓预紧:预拉伸单元预拉伸单元 PRETS179自动预拉伸网格的生成自动预拉伸网格的生成多个螺栓预紧的顺序模拟多个螺栓预紧的顺序模拟螺栓预紧产生螺栓预紧产生的应力的应力Advanced Contact & FastenersAdv
2、anced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧尽管预拉伸单元存在接触问题，但该章节我们主要讲解如何预拉伸尽管预拉伸单元存在接触问题，但该章节我们主要讲解如何预拉伸螺栓螺栓该章包括以下几个主题该章包括以下几个主题:A. PRETS179 单元单元B. 一般过程一般过程C. WorkshopAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual周围结构周围结构预拉伸螺栓预拉伸螺栓预拉伸节点预拉伸节点预拉伸面预拉伸面(6面体或面体或4面体网格面体网格)螺栓预紧螺栓
3、预紧A. PRETS179 单元单元PRETS179单元 通过预拉伸面指定预拉伸载荷预拉伸面指定预拉伸载荷.Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧PRETS179单元单元预拉伸单元特征预拉伸单元特征:定义一系列的预拉伸单元为截面定义一系列的预拉伸单元为截面二维或三维线单元象二维或三维线单元象“钩子钩子”般连接螺栓两端般连接螺栓两端.节点节点I、J是终端节点，一般情况下重合是终端节点，一般情况下重合.节点节点K是预拉伸节点是预拉伸节点:可以是任意位置可以是任意位置.有一个自由度
4、有一个自由度: UX.用来定义预载荷用来定义预载荷FX或或UX.作用线为预拉伸载荷方向作用线为预拉伸载荷方向预载荷方预载荷方向向JK节点节点 I预拉伸面预拉伸面螺栓螺栓 实体实体, 壳壳或梁或梁Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧PRETS179单元单元预拉伸单元特征预拉伸单元特征:预载荷方向固定预载荷方向固定 旋转时仍保持不变旋转时仍保持不变无材料属性或关键选项无材料属性或关键选项和螺栓相连接的单元可以是实体、壳体或梁，高阶的或低阶的和螺栓相连接的单元可以是实体、壳体或梁
5、，高阶的或低阶的使用使用GUI方式自动生成单元方式自动生成单元Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧B.一般过程一般过程5个主要步骤个主要步骤:1.导入或创建几何模型，包括螺栓和其连接结构导入或创建几何模型，包括螺栓和其连接结构.2.给所有部件划分网格给所有部件划分网格.3.创建预拉伸单元创建预拉伸单元.4.施加载荷并且使用多载荷步进行求解施加载荷并且使用多载荷步进行求解:Load step 1 ：施加螺栓预载荷：施加螺栓预载荷Load step 2： 固定螺栓长度固定螺栓长
6、度Load step 3： 施加结构上的其它载荷施加结构上的其它载荷5.观察结果观察结果.下面我们详细讨论下面我们详细讨论3、4两步两步.Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程创建预拉伸单元创建预拉伸单元在所有结构都划分好网格后的下一步创建预拉伸单元在所有结构都划分好网格后的下一步创建预拉伸单元.两个选项两个选项:使用使用PSMESH 紧固件必须作为一个零件划分网格紧固件必须作为一个零件划分网格.PSMESH将把紧固件切割成两部分并使用预拉伸单元生成预将把紧
7、固件切割成两部分并使用预拉伸单元生成预拉伸截面拉伸截面.使用重合节点建立单元使用重合节点建立单元, 参考参考EINTF命令命令紧固件必须作为两个独立的零件进行分网紧固件必须作为两个独立的零件进行分网.需要节点匹配形式需要节点匹配形式.Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程该该GUI菜单提供了多种创建预拉伸单元的途菜单提供了多种创建预拉伸单元的途径径.Preprocessor Modeling Create Elements Pretension Preten
8、sn Mesh 下面我们通过下面我们通过With Options pick 选项选项讲解其过程讲解其过程ANSYS切开螺栓并插入预拉伸切开螺栓并插入预拉伸单元单元Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程选择选择 Divide at Node Picked Elements +弹出以下菜单弹出以下菜单拾取一个节点，指示在何处切拾取一个节点，指示在何处切开螺栓开螺栓.该位置将会创建一个预拉伸节该位置将会创建一个预拉伸节点点.使用使用“Box”框选螺栓分割处的单元框
9、选螺栓分割处的单元.Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual然后，填充表格然后，填充表格可选现包括可选现包括:TOL=允许包括处于分界面略上或略下的节点允许包括处于分界面略上或略下的节点TYPE =预拉伸单元类型号预拉伸单元类型号ECOMP =新的预拉伸单元的单元组件名称新的预拉伸单元的单元组件名称NCOMP =新的预拉伸单元的节点组件名称新的预拉伸单元的节点组件名称点击点击OK后，螺栓单元将会被分割为两个独立的组，预拉伸单元将其系在一起后，螺栓单元将会被分割为两个独立的组，预拉伸单元将其系在
10、一起.螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程指定截面号及名称指定截面号及名称指定预加载方向指定预加载方向 ( (该例中该例中Y Y轴沿着螺栓轴沿着螺栓的轴方向的轴方向) )Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程输出窗口或文件可以输出每个输出窗口或文件可以输出每个PSMESHPSMESH命令执行后预拉伸的情况命令执行后预拉伸的情况有限元模型上可查看预拉伸单元被创有限元模型上可查看预拉伸单元被创建的具体位置建的具体位置 预拉伸截面号预拉伸截面号 预拉伸方向预拉伸方向
11、 预拉伸节点号预拉伸节点号9 9个预拉伸单元被创个预拉伸单元被创建建Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程可以进行如下操作删除预拉伸单元可以进行如下操作删除预拉伸单元:Preprocessor Modeling Delete Pre-tens Elemnts ANSYS会自动删除预拉伸单元并在切割处合并节点会自动删除预拉伸单元并在切割处合并节点.然而然而,预拉伸节点预拉伸节点K并没有被删除并没有被删除Advanced Contact & FastenersA
12、dvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程预拉伸载荷的施加预拉伸载荷的施加当螺栓预紧时当螺栓预紧时:旋转螺母减少螺栓没有拉伸的长度使其预紧旋转螺母减少螺栓没有拉伸的长度使其预紧当取得合适的拉伸且移去扳手后，新的未拉伸长度被当取得合适的拉伸且移去扳手后，新的未拉伸长度被“锁定锁定”ANSYS中预拉伸载荷的施加顺序和此相同中预拉伸载荷的施加顺序和此相同首先，在一个载荷步中施加指定的预拉伸（一般为指定的预拉伸力）首先，在一个载荷步中施加指定的预拉伸（一般为指定的预拉伸力）然后，在随后的载荷步中锁定预拉伸截面位移（锁定缩短了的
13、未拉伸长度）然后，在随后的载荷步中锁定预拉伸截面位移（锁定缩短了的未拉伸长度）一旦所有的螺栓都被预紧并锁定，在最后的载荷步中施加外载荷一旦所有的螺栓都被预紧并锁定，在最后的载荷步中施加外载荷Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程使用载荷管理工具进行指定顺序的多个螺栓的预紧和锁定使用载荷管理工具进行指定顺序的多个螺栓的预紧和锁定.Solution Define Loads Apply Structural Pretnsn Sectn 第一个要进行预加载的第一个
14、要进行预加载的截面截面半自动锁定下一个载荷步的半自动锁定下一个载荷步的预紧位移预紧位移预紧载荷预紧载荷刚性板刚性板柔性垫片柔性垫片bolt1bolt2bolt3Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程其它两个截面也采用此加载顺序其它两个截面也采用此加载顺序:载荷步号增加载荷步号增加半自动约束自由螺栓件半自动约束自由螺栓件 Tied together -施加零位移约束，直到施加预载荷施加零位移约束，直到施加预载荷 Axial sliding -轴向无阻力，直到施
15、加预载荷轴向无阻力，直到施加预载荷 0.1% of force -施加施加0.1%0.1%的指定力，直到施加预载荷的指定力，直到施加预载荷Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual同一个预拉伸截面最多可以施加同一个预拉伸截面最多可以施加15个载荷以模拟扭转顺序个载荷以模拟扭转顺序. APDL 命令:SLOAD,1,pl01,TINY,FORC,1000,2,3SLOAD,1,pl02,FORC,10000,6,7在在 “bolt_1”截面上施加多截面上施加多个载荷个载荷螺栓预紧螺栓预紧.一般过程
16、一般过程Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程每次求解时，每次求解时，ANSYS自动施加并锁定指定载荷步的载荷自动施加并锁定指定载荷步的载荷.在三个螺栓的例子中，需要进行在三个螺栓的例子中，需要进行7次求解以完成正确的预拉伸顺序次求解以完成正确的预拉伸顺序.SOLVE (LS1,初始无扭转的装配件初始无扭转的装配件)SOLVE (LS2,给螺栓给螺栓1施加预载荷施加预载荷)SOLVE (LS3,固定螺栓固定螺栓1的预载荷位移并拧紧螺栓的预载荷位移并拧紧螺栓2
17、)SOLVE (LS4,锁定螺栓锁定螺栓2并拧紧螺栓并拧紧螺栓3)SOLVE (LS5,锁定螺栓锁定螺栓3)SOLVE (LS6,对螺栓对螺栓1施加第二个预载荷施加第二个预载荷)SOLVE (LS7,固定螺栓固定螺栓1的新的预载荷位移的新的预载荷位移) 预载荷施加后，再施加整个结构承受的外部载荷预载荷施加后，再施加整个结构承受的外部载荷.Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧.一般过程一般过程上例执行上例执行16载荷步后，螺栓的变形图和螺栓力载荷步后，螺栓的变形图和螺栓力Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual螺栓预紧螺栓预紧C. Workshop参考参考ANSYS帮助文档帮助文档Basic analysis Guide Loading Defining Pretension in a Joint Fastener 请参考请参考Workshop中的相关章节中的相关章节:练习十二练习十二. 螺栓预紧螺栓预紧.
