对于一个复杂的装配体,各个零部件之间的连接形式多样,在对整个装配体进行有限元计算的时候,我们首先需要解决的问题就是如何处理零件和零件之间的连接部位。

如果将装配体细化,对每个零件都划分单元格和添加接触关系,那么我们将面临复杂的计算。因此,我们需要对装配体进行简化。对装配体的简化,其中对连接部位的简化是一项重要的工作。

猫亮设计将在下面介绍一下装配体中螺栓的连接如何简化。

在solidworks中,螺栓的连接我们可以通过螺栓接头来替代真实的螺栓连接。螺栓接头允许我们在simulation中采用一个虚拟的螺栓来替代真实的螺栓,这个虚拟的螺栓接头采用螺栓接头公式来表达,使用螺栓接头可以有效的降低装配体的复杂程度,从而减少计算量。

在simulation中螺栓接头可以用于线性及非线性分析,但是不能用于复合壳体;按接头类别可以分为五种形式:带螺母的螺栓、不带螺母的螺栓、带螺母的锥形沉头螺栓、不带螺母的锥形沉头螺栓、地脚螺栓。

螺栓接头

其中带螺母的螺栓和带螺母的锥形沉头螺栓、不带螺母的螺栓和不带螺母的锥形沉头螺栓在设置上的区别不是很大。

带螺母的螺栓和带螺母的锥形沉头螺栓

带螺母的螺栓在使用的时候需要选择螺母及螺栓头所在边线即可完成螺栓连接关系的添加,螺栓接头添加后默认螺栓头和螺母与所选边线的面为相触关系。

添加的螺栓系统会根据模型的尺寸计算出一个初始的尺寸,这个尺寸可以根据需要自行调整。

在使用螺栓接头时需要注意系统的提示,在螺栓直径邻近处的应力值通常高于实际应力,这个地方的应力值是不准确的,在评估分析结果时我们可以直接忽略这个地方的应力。

螺栓接头

不带螺母的螺栓和不带螺母的锥形沉头螺栓

对于不带螺母的螺栓在选择上与带螺母的螺栓不同的是下部边线的选择变成圆周面的选择,其余相同。

螺栓接头

地脚螺栓

使用地脚螺栓时系统会提示我们指定一个刚性虚拟壁进行交互,因此在定义地脚螺栓的时候我们先要创建一个刚性的虚拟壁。

地脚螺栓的定义按下图选择圆形边线定义螺栓头的位置,在选择一个基准面来定义地面的位置。

螺栓接头

虚拟壁的定义:在连接的本地交互中,选择虚拟壁,指定零件的底面和一个与之重合的基准面,虚拟壁可以看作是一个看不见的地面,零件与虚拟壁的为相触的接触关系,在零件和虚拟壁之间可以设置摩擦系数。

螺栓接头

通用设置

螺栓的连接类型:

分布与刚性,刚性连接不允许螺栓或螺母头部的变形,在变形结果中螺栓头部与零件接触的面上的位移会被强制为一个值。

螺栓接头

螺栓材料:

螺栓材料可以直接从材料库中选取,也可以自定义。但是不管是选用材料库中的材料还是自定义材料,这里我们只能定义螺栓的弹性模量、泊松比及热膨胀系数,屈服强度在这里是无效的,也就是说在simulation中的应力计算不会计算螺栓接头的应力值,我们并不能通过装配体的应力图解来判断螺栓是否失效。

螺栓接头

螺栓强度校验

螺栓接头的强度校验通过预设的螺栓强度单独计算,在计算结果中依靠安全系数来判断螺栓是否失效。

注意:螺纹线/毫米取值为:n = 1 / P,每毫米 (ISO) 的螺栓螺纹数。

螺栓接头

安全系数查看:在结果选项中选择定义销钉/螺栓检查图解来查看螺栓是否失效。

在下图的右侧:所需自由度与计算的自由度进行数据对比,这里的自由度就是前面设置好的安全系数,如果计算的自由度大于所需自由度,那么螺栓显示为绿色,表示安全系数远大于设定的安全系数,螺栓强度足够。

螺栓接头

如果计算的自由度小于所需自由度,那么螺栓显示为红色,表示目前的安全系数远小于设定的安全系数,螺栓强度不足,螺栓已经失效。

螺栓接头

螺栓的预载

螺栓的预载就是螺栓安装时候的预紧力,使用螺栓接头可以直接对螺栓施加一个预紧力载荷,预紧力可以通过直接添加轴向拉力或者通过螺栓预紧时的扭矩转换来施加。

对于施加了预紧力的螺栓,我们可以直接求解零件因预紧力造成的变形。

螺栓接头