案例5 螺栓预紧力

预紧可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。事实上，大量的试验和使用经验证明：较高的预紧力对连接的可靠性和被连接的寿命都是有益的，特别对有密封要求的连接更为必要。但是过高的预紧力，如若控制不当或者偶然过载，也常会导致连接的失效。因此，准确确定螺栓的预紧力是非常重要的。
此案例模拟了一个由螺栓连接的法兰结构在底部固定的情况下受到螺栓预紧力时的受力表现。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置螺栓模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置螺栓边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为preload

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为preload.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性

点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。

步骤三：设置非线性接触

首先点击“非线性接触”，在“摩擦”选项选择“库伦法”，其余采用默认设置即可。

步骤四：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤五：全局模型

设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。具体设置如下图所示：

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“铁”，施加位置如下图所示。（图中箭头位置可以调节组元的展示方法）：

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”。

再次点击“+”，添加“压强”。

点击“+”，添加“螺栓预紧力”。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

时间步设置——结束时间设为6s，最大时间步长设为0.6s，其余采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的物理场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：