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螺栓联接接触问题有限元分析
作者：王熙婷来源：《工业技术创新》2017年第06期
摘要：研究螺栓联接结构形式复杂接触的承载特性，对比分析螺栓简化前后连接件受力和位移变化情况。在三维图形设计软件ProE中构建模型，导入有限元软件ABAQUS中进行模拟仿真。螺栓联接装配体连接件在与螺栓接触的位置易发生应力集中，且应力分布梯度变化较大；在远离螺栓联接的位置，简化前后应力分布相差不大；螺栓联接简化前后位移变形分布云图基本相同。
关键词：螺栓联接；接触问题；有限元分析；ProE；ABAQUS
中图分类号：O3433文献标识码：A文章编号：20958412（2017）0601104工业技术创新URL：http：wwwchi
aiticomDOI：1014103jiss
20958412201706003
引言
螺栓联接是机械装配体中应用最广的一种结构形式，通过螺栓将两个连接件连接在一起，形成一个整体传递力与扭矩。对螺栓联接的承载特性进行研究，能够更好地指导螺栓联接结构形式的智能制造。
ABAQUS是功能强大的有限元软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大复杂的模型，处理高度非线性问题。ABAQUS不但可以进行单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究1。
对整个螺栓联接装配体进行有限元分析时，为节约计算资源，常常简化模型，将两个连接件接触面Tie在一起，这对模拟分析结果必然产生影响。本文采用ABAQUS对比螺栓简化前后连接件受力和挠度变化情况，以及确定使用简化分析模型的前提条件，为螺栓联接结构形式的应用提供理论依据。
1模型构建
在任何一个大型设备中，螺栓联接是其必然存在的结构形式。本文采用两个螺栓联接两块连接板的情形作为分析对象，其中一块连接板作为固定板，另一块连接板作为加载板。该装配体在三维图形设计软件ProE中建立，完成后的模型如图1所示。
2有限元模拟
21几何模型转化
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在ProE中建立的螺栓联接装配体几何模型，通过中间软件UGNX对细小结构进行修改和简化，保存文件为中间过渡格式step，使修改后的模型能够满足进行有限元模拟的要求。转化后的模型通过Import外部文件方式导入到ABAQUS中。依次定义各个部件的材料属性，如表1所示。
22离散化模型建立
完成模型基本设置后，在ABAQUS中依次对组件进行网格划分。网格划分是有限元模拟实施过程中的一个重要环节，网格的数量和质量是评价网格划分的重要指标2。本文采用四面体单元网格，单元类型选为C3D10，对螺栓以及两个r