Abaqus螺栓有限元分析

1、1.分析过程1.1. 理论分析1.2. 简化过程如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，则会出现裂纹缝隙无法修补，给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦，因此，在Abaqs中进行计算之前，对原来的零件模型进行一些简化和修整。A. 法兰部分不是分析研究的重点，因此将其简化掉；B. 经计算，M24X3的螺纹的升角很小，在度，因此可以假设螺旋升角为0;C. 忽略螺栓和螺母的圆角等细节；1.3. Abaqus中建模查阅机械设计手册，得到牙型如下图所示，在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型，如错误!未找到引用源。所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如错误!未找到引用

2、源。所示。图1-1图1-2建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中，选择Material->Manager->Create,创建名为Bolt&Nut的新材料，首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa,设置其泊松比为，如错误!未找到引用源。所示。建立截面。点击Section->Manager->Creat,建立Solid,Homogeneous的12/13图1-3各向同性的截面，选择材料为Bolt&Nut，如错误!未找到引用源。所示。将截面属性赋予模型。选择Assign

3、->Section，选择Bolt模型，然后将刚刚建立的截面属性赋予它。如错误!未找到引用源。所示。同样，给螺母nut赋予截面属性。irEditSectionAssignmentRegionRegion:£et-52Sectio-nSection:Section-1Note:Listcontainsonlysectionsapplicabletotheselectedite-gions.Type:Solid,Homo-geneousMaterial:boltnutOKCancel图1-433/13£3IMaterial:bolt&nut=EditSectionN

4、ame:Section-1Type;Solid.Homogeneo-us图1-6nPlanestress/strainthickness:OKCancel图1-5然后，我们对建立的3D模型进行装配，在Abaqus中的Assembly模块中,我们同时调入两个模型，然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instanee命令对模型进行移动，最终的装配结果如错误!未找到引用源。所示。第四步，对模型进行网格划分。进入Abaqus中的Mesh模块，然后选择Bolt零件，使用按边布种的方式对其进行布种，布种结果如错误!未找到引用源。所示。在菜单Mesh->Con

5、trol中进行如错误!未找到引用源。所示的设置使用自由网格划分，其余设置使用默认。在菜单Mesh->Elementtype中选用如错误!未找到引用源。所示的设置。按下Mesh图标，对工件进行网格划分，最终的结果如错误!未找到引用源。所示。同样的方式对螺母模型nut进行网格划分，最终结44/13果见错误!未找到引用源。所示。1016/13图1-7Element5hape匚用曰Hex-dominated9TetCWedgeTechnique©As詮聲FreeStr-.turT-J圜OSw&E-pCjBet!口m-up©MultipleAlgorithruSUted

6、efaultalgorithmNon-standardintaifioredementgrowfib1.D5L05£lGrmvthratemappedtrimwhinganboundingFaceswhereInsertboundarylayerDfaulKCsncd图1-8图1-9图1-10图1-11第五步，创建分析步。在Step模块中，点击Step->Manager图标，创建新的分析步，类型为Static，General,名称为Step-Load，其余使用默认设置即可。第六步，添加约束条件和载荷。在Interaction模块中，选择Tools->Surface-Man

7、ager，创建如错误！未找到引用源。所示的表面为集合Load_shang和Load_xia，分别用作加载载荷和约束。选择Load模块，在BC->Manager->Creat中创建约束BC-ENCASTED,选择刚刚定义的Load_xia集合,将6个自由度全部约束，如错误!未找到引用源。所示。下面我们为模型添加约束，选择Load->Create，进入约束创建界面，选择约束施加的表面为我们之前设定的Load_shang，施加的载荷的类型为Pressure，大小为，具体设置如错误!未找到引用源。所示。图1-12EditBoundaryCcnditionName!EC-Enca&am

8、p;tedType:£ymmetry/Antisymmetry/EncaEtreInitialRegion;Set-3怎CS-YS:tGLobal)怎人：?X5YMMfUl=UR2=UR3=YS-YMM(U2=UR1=UR3=0):ZYMMCU3=UR1=UR2=0)XASYMMU2=U3=UR1=O：Abaqus/Standardonly)YASYMMU1=U3=UR2=0;Abaqut/Standardonly)ZASYMMUl=U2=UR3=0：Abaqus/Standardonly)DIMMED(Ul=U2=U3=04ENCASTRE(Ul=U2=U3=UR1=UR2=UR2

9、二0)OK:Cmncel图1-13十rEditLoadName:Load-1Pre5-SLiireStep-load(Static,General)Region;Load_5hang怎OKCaned图1-14第六步，定义接触面。接触面是Abaqus分析中非常重要的一环。进入Abaqus中的Interaction模块，先在Tools->Surface菜单中设置我们要定义的两个相互接触的面。如错误!未找到引用源。所示，螺栓上的接触面主要是螺纹的下表面，按着Shift键依次将其选中。如错误!未找到引用源。所示，螺母上的接触面主要是螺纹的上表面，同样按着Shift键依次将其选中。设置接触面的属性

10、。选择Interaction->Manager->Creat中创建接触面，类型选择面和面接触，选择Mechanical->TangentialBehavior，输入摩擦系数为，选择Mechanical->NormalBehavior，接受默认设置，最终设置如错误!未找到引用源。所示。选择Interaction->Creat，创建螺栓和螺母之间的接触，接触，类型选择刚刚定义的接触类型，设置结果如错误!未找到引用源。所示。图1-15图1-16图1-17令EditInteractionName:Int-1关闭Type:Surface-to-surfacecontact(

11、Standard)Step:Step-load(StatiCjGeneral)0Mastersurface:bolt_surf怎'r(H|Slavesurface:nuOurfQSlidingformulatiom:FiniteslidingSmallslidingDiscretizationmethod:SurfacetosurfaceIIExcludeshell/membraneelementthicknessDegre-eo:smoothingformastersurface:0.2Usesupplementary匚ontactpoints:SelectivelyONeverOA

12、lways匚ontacttracking:aTvoconfigurations(path)QSingle匸onfiguration(state)SlaveAdjustmentSurfaceSmoothingClearanceBondingQNoadjustmentAdjustonlytoemoveoverclosure_Specifytolerance-foradjustmentzone:0Adjustslavenodesinset:Contactinteractionproperty:IntProp-1Options:inteirferenceFit.Contactcontrol's

13、!(Default0ActiveinthisstepOKCancel图1-18最后，创建任务，接受默认设置，并提交计算。1.4. 仿真结果将任务提交计算之后，得到的3维应力云图如错误!未找到引用源。所示。为了观察更为方便，我们将云图剖开，如错误!未找到引用源。所示。从云图中我们可以看出，螺栓头部与螺杆相接触的地方的应力较大，螺栓的螺纹处，由于截面发生变化也聚集着较大的应力。由于在仿真过程中，将压力施加在螺母的下表面，因此螺母的下方的变形较大，螺母的下方的几条螺纹的受力较大，顶层的两层螺纹几乎不受力。使用Abaqus中的工具对题目要求的节点的应力进行测量,结果如错误!未找到引用源。所示。1.000ODBrJob-2.odbAhanus/Staridard6.131SunJui«：m-：z：21:44GMT408-002014图1-19IAbsqus/Standardti.13-11.000S.Rii