Optistruct螺栓预紧工作原理

19.2.1螺栓预紧工作原理

预紧螺栓在工程中应用广泛，螺栓实际应用中分为两步；第一步为螺栓预紧；第二步为施加工作载荷。在第一步中，通过在螺母上施加扭矩让螺母旋转，缩短螺杆的工作段，在螺杆中引人拉力、从而压紧被连接件；在第二步中，施加实际工况，螺杆中的实际工作段不变。图19-6简单示意该过程。

图19-6 预紧螺栓工作流程

可通过 1D梁单元或 3D单元模拟螺栓。在采用1D单元模拟螺栓时，两端可通过 RBE2 与被连接件连接。当采用3D单元模时，螺母应和被连接件建立接触，如图 19-7 所示。

OptiStruct 的内部实现如下：螺栓会在中间的一个截面截断，然后在两个断面上分别施加一对大小相等方向相反的平衡力，在该力的作用下，螺杆部分变形导致局部重叠，该重叠区域即为螺栓预紧导致的螺杆工作区域减少的部分。在后续的载荷工况分析中，重叠部分的刚度将不再考虑，螺栓的工作区域为去除重叠区域后剩下的部分。整个工作流程如图19-8所示。

图19-8 OpiStruct预紧螺栓工作原理

19.2.2 螺栓预紧卡片

在OptiStruct中，通过PRETENS卡片定义预紧截面，通过PTFORCE/PTFORC1引入预紧力，PTADJST/PTADJS1引人预紧位移，通过SUBCASE中的控制卡片PRETENSION引I用 PTFORCE、PTFORC1、PTADJST、PTADJSL。

当螺栓预紧工况后是一个线性分析，如模态分析、频响分析时，在线性分析工况中通过STATSUB(PRELOAD)=SID引用螺栓预紧工况，考虑几何刚度的改变导致的频率及响应变化。当螺栓预紧工况后是一个非线性分析时，通过STATSUB(PRETENS)-SID引用螺栓预紧工况来锁定螺栓工作段，同时通过CNTNISUB引用该工况，继承上一步计算的非线性结果，如塑性应变、接触等。

PRETENS 卡片定义见表19-2

表19-2 PRETENS 卡片定义

详细说明如下。

1）如果螺栓采用1D单元建模，则EID字段引用1D单元即可；如果螺栓采用3D单元建模则在 3D螺栓中定义一个截面，由 SURFID引用该面。

2）NTYP 为螺栓预紧力方向的定义。

-NTYP=AUTO 表示自动确定螺栓预紧力方向。如果螺栓为1D单元，则自动确定的预紧力方向沿1D单元的x向;如果螺栓为3D单元，则自动确定的预紧力方向沿着 SURFID面的法向。

-NTYP=GRIDS表示预紧力方向由G1/G2/G3字段定义的节点决定。-NTYP=VECTOR 表示螺栓预紧力沿着X1/X2/X3字段定义的向量方向。

-如果 NTYP=CID，则预紧力沿着CID坐标轴的某个方向。如果CID为直角坐标系，则预紧力方向沿x轴;如果CID为柱坐标或球坐标，则预紧力沿着z轴方向

PTFORCE卡片定义见表19-3。PTFORC1卡片定义类似PTFORCE，此处不再赘述。

表19-3 PTFORCE卡片定义

其中，SID为PRETENS卡片ID;F为螺栓预紧力。

PTADJST 卡片定义见表19-4。

表19-4 PTADJST卡片定义

其中，SID为PRETENS卡片ID；ADJ为预紧位移。

本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》，版权归原作者所有，如有侵犯您的权益，请及时联系我们，我们将立即删除。