ABAQUS螺栓计算方法

2016-10-26  by:CAE仿真在线  来源:互联网

螺栓校核是工程计算中较为重要的环节,有限元计算为螺栓校核的计算提供了更高效便捷的思路。ABAQUS作为强大的非线性有限元分析工具,能够进行多种方式的螺栓建模计算,获取更加准确可靠的结果。

Abaqus来进行螺栓连接的校核计算时,通常采用以下两种计算方式:

(1)采用实体单元建模,见下图。螺栓与连接板、连接板与连接板之间定义接触,根据工程需要,在螺栓中间加预紧力。该方法的计算出来的结果一般来说比较准确,但建模较为复杂,计算量大,尤其对于螺栓连接比较多的情况,需要进行大量接触对的定义,模型处理时间与计算成本较大。

图1 螺栓实体建模

(2)采用梁单元建模,见下图。梁单元的两端点分别于两端的连接板通过coupling或mpc进行连接,不需要定义接触。这种情况下,螺栓主要承受的是外部的轴向拉伸或主要承受的是横向剪切力。这两种受力情况,螺栓都不需要承受预紧力,连接板的外力不是由连接板之间的摩擦力来克服的,而是由螺栓本身来克服。

这种的建模方式在即受预紧力F'又受轴向载荷F时,可以正确求出螺栓受力的边界条件,即得出梁单元的轴向力和横向剪切力。得到轴向力和横向剪切力后,就可以应用《机械设计手册》中的公式,计算出相应螺栓的应力。对于螺栓较多的情况,可以人工选择受力较大的螺栓进行单独校核,也可以通过python程序进行批处理计算。

图2 螺栓梁单元建模校核

Abaqus中,螺栓的轴向力可有SF1得到,横向剪切力可由两个分力SF2和SF3合成得到。SF2和SF3得到的合成力,实际上为螺栓连接板所承受的剪力R,由R即可求出螺栓的预紧力,从而可以计算出螺栓的应力。

梁单元建模计算时需要在后处理中调用梁单元的轴向力SF1、横向剪切力SF2和SF3,因此需要在Output中开启SF选项。

SF1为梁单元的轴向载荷,实际上即为螺栓所受的轴向外载荷,SF2和SF3的合力即为螺栓连接板所承受的横向力R,从而可以求出预紧力F'。

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