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螺栓预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性,以防止受载后被联接件间出现缝隙或相对滑移。对于有螺栓联接的机械结构有限元分析,如何将其施加于模型上,较好地模拟螺栓受力情况达到在有限元分析中的准确加载并得到正确的分析结果,有一定难度。本文介绍在ANSYS Workbench中施加螺栓预紧力的一种方法。
1.分析对象
分析对象为法兰1/12模型，上下两个法兰由螺栓预紧，中间垫有垫片，几何模型如图1所示。
图1 1/12法兰模型
2.创建局部坐标系
在螺栓杆上创建局部坐标系，并将Z轴方向调整至与螺栓杆轴向一致，便于后续预紧力的施加，创建完成的局部坐标系见图2。
图2 创建局部坐标系
3.接触设置
法兰与垫片之间采用粗糙“Rough”接触方式，如图3所示，其他接触对采用绑定“Bonded”接触方式。
图3 粗糙“Rough”接触方式
4.网格划分
螺栓头、螺栓杆和螺母采用拓扑共享，螺栓与法兰接触区域采取局部控制，网格划分结果如图4所示。
图4 网格划分结果
5.螺栓预紧力施加
上下法兰受螺栓预紧力，法兰内侧面受5MPa压强，上法兰上端面受1000N拉力。载荷的施加分三个载荷步，第一个载荷步施加4000N的螺栓预紧力，第二和第三载荷步设置为“LOCK”状态，其他两个外载荷均在第三个载荷步施加。螺栓预紧力施加方法如图5所示。
图5 螺栓预紧力施加
6.法兰与垫片接触结果
（a）接触状态 （b）接触压力
（c）接触间隙 （d）接触渗透
图6法兰与垫片接触结果
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