Abaqus螺栓有限元分析.docx
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Abaqus螺栓有限元分析
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,M24×3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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
同样的方式,我们建立螺母的3D模型nut,如Error!
Referencesourcenotfound.所示。
图11
图12
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,如Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
同样,给螺母nut赋予截面属性。
图13
图14
图15
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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
图16
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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
在菜单Mesh->Control中进行如Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
同样的方式对螺母模型nut进行网格划分,最终结果见Error!
Referencesourcenotfound.所示。
图17
图18
图19
图110
图111
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-Manager,创建如Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
图112
图113
图114
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Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.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。
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Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
图115
图116
图117
图118
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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
为了观察更为方便,我们将云图剖开,如Error!
Referencesourcenotfound.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Error!
Referencesourcenotfound.所示。
图119
图120
表1
标号
A
B
C
应力(MPa)