Abaqus螺栓有限元分析

1、1. 分析過(guò)程1.1. 理論分析1.2. 簡(jiǎn)化過(guò)程如果將Pro/E中的3D造型直接導(dǎo)入Abaqus中進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)出現(xiàn)裂紋縫隙無(wú)法修補(bǔ)，給后期的有限元分析過(guò)程造成不必要的麻煩，因此，在Abaqs中進(jìn)行計(jì)算之前，對(duì)原來(lái)的零件模型進(jìn)行一些簡(jiǎn)化和修整。A. 法蘭部分不是分析研究的重點(diǎn)，因此將其簡(jiǎn)化掉；B. 經(jīng)計(jì)算，M243的螺紋的升角很小，在 度，因此可以假設(shè)螺旋升角為0；C. 忽略螺栓和螺母的圓角等細(xì)節(jié)；1.3. Abaqus中建模查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到牙型如下圖所示，在Abaqus中按照下圖所示創(chuàng)建出3D模型，如Error! Reference source not found.所示。同樣的方式

2、，我們建立螺母的3D模型nut，如Error! Reference source not found.所示。圖 11圖 12建立材料屬性并將其賦予模型。在Abaqus的Property模塊中，選擇Material-Manager-Create，創(chuàng)建一個(gè)名為Bolt&Nut的新材料，首先設(shè)置其彈性系數(shù)。在Mechanical-Elastic中設(shè)置其楊氏模量為Mpa，設(shè)置其泊松比為0.3，如Error! Reference source not found.所示。建立截面。點(diǎn)擊Section-Manager-Creat，建立Solid，Homogeneous的各向同性的截面，選擇材料為Bolt&N

3、ut，如Error! Reference source not found.所示。將截面屬性賦予模型。選擇Assign-Section，選擇Bolt模型，然后將剛剛建立的截面屬性賦予它。如Error! Reference source not found.所示。同樣，給螺母nut賦予截面屬性。圖 13圖 14圖 15然后，我們對(duì)建立的3D模型進(jìn)行裝配，在Abaqus中的Assembly模塊中，我們同時(shí)調(diào)入兩個(gè)模型，然后使用Constraint-Coaxial命令和Translate和Instance命令對(duì)模型進(jìn)行移動(dòng)，最終的裝配結(jié)果如Error! Reference source not fo

4、und.所示。圖 16第四步，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。進(jìn)入Abaqus中的Mesh模塊，然后選擇Bolt零件，使用按邊布種的方式對(duì)其進(jìn)行布種，布種結(jié)果如Error! Reference source not found.所示。在菜單Mesh-Control中進(jìn)行如Error! Reference source not found.所示的設(shè)置使用自由網(wǎng)格劃分，其余設(shè)置使用默認(rèn)。在菜單Mesh-Element type中選用如Error! Reference source not found.所示的設(shè)置。按下Mesh圖標(biāo)，對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終的結(jié)果如Error! Reference source

5、not found.所示。同樣的方式對(duì)螺母模型nut進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終結(jié)果見(jiàn)Error! Reference source not found.所示。圖 17圖 18圖 19圖 110圖 111第五步，創(chuàng)建分析步。在Step模塊中，點(diǎn)擊Step-Manager圖標(biāo)，創(chuàng)建新的分析步，類(lèi)型為Static，General，名稱(chēng)為Step-Load，其余使用默認(rèn)設(shè)置即可。第六步，添加約束條件和載荷。在Interaction模塊中，選擇Tools-Surface-Manager，創(chuàng)建如Error! Reference source not found.所示的表面為集合Load_shang和Load_xi

6、a，分別用作加載載荷和約束。選擇Load模塊，在BC-Manager-Creat中創(chuàng)建約束B(niǎo)C-ENCASTED，選擇剛剛定義的Load_xia集合，將6個(gè)自由度全部約束，如Error! Reference source not found.所示。下面我們?yōu)槟Ｐ吞砑蛹s束，選擇Load-Create，進(jìn)入約束創(chuàng)建界面，選擇約束施加的表面為我們之前設(shè)定的Load_shang，施加的載荷的類(lèi)型為Pressure，大小為372.835Mpa，具體設(shè)置如Error! Reference source not found.所示。圖 112圖 113圖 114第六步，定義接觸面。接觸面是Abaqus分析中非

7、常重要的一環(huán)。進(jìn)入Abaqus中的Interaction模塊，先在Tools-Surface菜單中設(shè)置我們要定義的兩個(gè)相互接觸的面。如Error! Reference source not found.所示，螺栓上的接觸面主要是螺紋的下表面，按著Shift鍵依次將其選中。如Error! Reference source not found.所示，螺母上的接觸面主要是螺紋的上表面，同樣按著Shift鍵依次將其選中。設(shè)置接觸面的屬性。選擇Interaction-Manager-Creat中創(chuàng)建接觸面，類(lèi)型選擇面和面接觸，選擇Mechanical-Tangential Behavior，輸入摩擦系數(shù)

8、為0.14，選擇Mechanical-Normal Behavior，接受默認(rèn)設(shè)置，最終設(shè)置如Error! Reference source not found.所示。選擇Interaction-Creat，創(chuàng)建螺栓和螺母之間的接觸，接觸，類(lèi)型選擇剛剛定義的接觸類(lèi)型，設(shè)置結(jié)果如Error! Reference source not found.所示。圖 115圖 116圖 117圖 118最后，創(chuàng)建任務(wù)，接受默認(rèn)設(shè)置，并提交計(jì)算。1.4. 仿真結(jié)果將任務(wù)提交計(jì)算之后，得到的3維應(yīng)力云圖如Error! Reference source not found.所示。為了觀察更為方便，我們將云圖剖開(kāi)，如Error! Reference source not found.所示。從云圖中我們可以看出，螺栓頭部與螺桿相接觸的地方的應(yīng)力較大，螺栓的螺紋處，由于截面發(fā)生變化也聚集著較大的應(yīng)力。由于在仿真過(guò)程中，將壓力施加在螺母的下表面，因此螺母的下方的變形較大，螺母的下方的幾條螺