Abaqus螺栓有限元分析

分析过程理论分析简化过程如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，那么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。法兰局部不是分析研究的重点，因此将其简化掉；经计算，M24×3的螺纹的升角很小，在度，因此可以假设螺旋升角为0；忽略螺栓和螺母的圆角等细节；Abaqus中建模查阅机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 手册，得到牙型如下列图所示，在Abaqus中按照下列图所示创立出3D模型，如REF_Ref392377918\h图11所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如REF_Ref392378004\h图12所示。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s11图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s12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，创立一个名为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0.3，如REF_Ref392378988\h图14所示。建立截面。点击Section->Manager->Creat，建立Solid，Homogeneous的各向同性的截面，选择材料为Bolt&Nut，如REF_Ref392379134\h图15所示。将截面属性赋予模型。选择Assign->Section，选择Bolt模型，然后将刚刚建立的截面属性赋予它。如REF_Ref392379392\h图13所示。同样，给螺母nut赋予截面属性。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s13图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s14图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s15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Instance命令对模型进行移动，最终的装配结果如REF_Ref392378213\h图16所示。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s16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REF_Ref392378400\h图17所示。在菜单Mesh->Control中进行如REF_Ref392378478\h图18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REF_Ref392378588\h图19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REF_Ref392378672\h图110所示。同样的方式对螺母模型nut进行网格划分，最终结果见REF_Ref392378747\h图111所示。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s17图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s18图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s19图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s110图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s111第五步，创立分析步。在Step模块中，点击Step->Manager图标，创立新的分析步，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-Manager，创立如REF_Ref392379912\h图112所示的外表为集合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中创立约束BC-ENCASTED，选择刚刚定义的Load_xia集合，将6个自由度全部约束，如REF_Ref392380097\h图113所示。下面我们为模型添加约束，选择Load->Create，进入约束创立界面，选择约束施加的外表为我们之前设定的Load_shang，施加的载荷的类型为Pressure，大小为372.835Mpa，具体设置如REF_Ref392380242\h图114所示。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s112图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s113图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s114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REF_Ref392380500\h图115所示，螺栓上的接触面主要是螺纹的下外表，按着Shift键依次将其选中。如REF_Ref392380585\h图116所示，螺母上的接触面主要是螺纹的上外表，同样按着Shift键依次将其选中。设置接触面的属性。选择Interaction->Manager->Creat中创立接触面，类型选择面和面接触，选择Mechanical->TangentialBehavior，输入摩擦系数为0.14，选择Mechanical->NormalBehavior，接受默认设置，最终设置如REF_Ref392380786\h图117所示。选择Interaction->Creat，创立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REF_Ref392380892\h图118所示。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s115图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s116图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s117图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s118最后，创立任务，接受默认设置，并提交计算。仿真结果将任务提交计算之后，得到的3维应力云图如REF_Ref392381094\h图119所示。为了观察更为方便，我们将云图剖开，如REF_Ref392381154\h图120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外表，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REF_Ref392381415\h表1所示。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s119图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s120表SEQ表\*ARABIC1标号ABC应力(MPa)319.4771029.561103.2