緊固件在航空航天，汽車，通用機(jī)械，橋梁，家電等多種行業(yè)有著十分重要的應(yīng)用。在仿真中，如何能準(zhǔn)確且高效地對(duì)其進(jìn)行仿真，對(duì)各個(gè)行業(yè)有著非常重要的意義。今天就和大家聊一聊在Ansys Mechanical中的緊固件分析技術(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，緊固件有著多種連接方式，包括但不限于以下種類：普通螺栓連接、鉸制孔用螺栓連接、雙頭螺柱連接、螺釘連接、緊定螺釘連接、地腳螺栓連接、吊環(huán)螺栓連接、T型槽螺栓連接。

接下來(lái)是緊固件材料。螺栓、螺釘和螺柱會(huì)采用不同等級(jí)的鋼材進(jìn)行制造，不同的等級(jí)對(duì)應(yīng)的材料屬性也有差異，我們?cè)诜抡婢o固件時(shí)需要注意材料對(duì)仿真結(jié)果的影響。

一般情況下，螺栓會(huì)給定一個(gè)扭矩載荷，但是在仿真中，需要對(duì)螺栓施加預(yù)緊力載荷。

國(guó)內(nèi)國(guó)際對(duì)于緊固件在設(shè)計(jì)上都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。

下面是在ANSYS中，對(duì)于緊固件的建模及仿真思路。我們可以對(duì)螺栓螺母有多種形式的建模思路。

1） 3D模型，將螺栓細(xì)節(jié)全部體現(xiàn)在模型中。

2） 3D模型，螺栓螺母的螺紋簡(jiǎn)化為圓柱。

3）3D模型，螺栓螺母的螺紋簡(jiǎn)化為圓柱，但是通過(guò)參數(shù)對(duì)螺紋進(jìn)行校正。

4） 3D模型，螺栓螺母均簡(jiǎn)化為圓柱，這樣可以劃分高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。

5）3D模型，螺栓螺母均簡(jiǎn)化為圓柱，這樣可以劃分高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用圓柱運(yùn)動(dòng)副的方式施加轉(zhuǎn)角載荷。

對(duì)于前四種方式，可能會(huì)遇到螺栓存在大位移、大旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。2020R1中對(duì)MPC184單元在該種情況下有了比較大的改善，當(dāng)大位移和大旋轉(zhuǎn)發(fā)生。

6）Beam單元模型，利用梁?jiǎn)卧M螺栓，法蘭上切割出環(huán)狀實(shí)體模擬接觸。

7）Beam單元模型，直接通過(guò)MPC連接法蘭實(shí)體單元。

8） Beam單元模型，不需要建立Line幾何，直接edge與edge連接。

對(duì)于緊固件而言，在有限元模擬中，最主要的載荷就是預(yù)緊力。Ansys Mechanical 有3種方法施加預(yù)緊力。

對(duì)于不同的緊固件的建模方案，對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力施加需要對(duì)應(yīng)選擇。

對(duì)于不同建模方案，結(jié)算結(jié)果基本上是一致的。具體就需要看具體仿真關(guān)注的位置，如果需要關(guān)注螺栓與法蘭面，則需要3D模型方案，如果只關(guān)注螺栓體本身，可能Beam方案也能夠滿足我們的需求。下面我們看一下3D建模和Beam建模的結(jié)果對(duì)比。

下面是不同方法的比較。

Ansys ACT APP Store中也有緊固件相關(guān)的ACT，有需要的同學(xué)可前往下載。