SolidWorks®Simulation基础教程：螺栓接头

在本练习中，将使用螺栓接头取代实物螺栓和零件吊环螺栓（Eye bolt）。由于去掉了eye bolt，需要补充一个远程载荷作为外部载荷。

本练习将应用以下技术：

● 接头。

● 列出接头力。

1.项目描述 一个杆件（Bar）连接一块基体平板（Base Plate），该平板包含两个松配合螺栓：螺栓直径为12mm，孔直径为12.2mm，如图5-84所示。

图5-84 杆件模型

Base Plate由两边支撑。吊环螺栓沿垂直方向和水平方向受力1100N，如图5-85所示。假定吊环的刚度非常高，在连接部位提供一个近乎刚性的连接。

杆件和基体平板都由材料steel AISI 1020制造。

计算零部件的最大应力及变形，同时计算螺栓所受的力。

图5-85 支撑与载荷

操作步骤

步骤1 打开装配体

打开文件夹“SolidWorks Simulation\Lesson05\Exercises\Bolt Connectors”下的文件“bolt joints”，如图5-86所示。

bolt、nut及washer都被压缩了。是由于在本练习中，将使用螺栓接头来代替螺栓零件。为了说明那个不可见的吊环螺栓，用作用在悬臂梁上的远程载荷来描述水平载荷。

步骤2 设定SolidWorks Simulation选项

设定全局单位系统为【公制（I）（MKS）】，【长度】单位为毫米，【应力】单位为N/m²。

步骤3 创建算例

创建一个名为“two bolts-torque preload”的静应力分析算例。

步骤4 指定材料

对两个零件都指定材料AISI 1020 steel。

步骤5 定义螺栓接头

创建两个带螺母的【标准】螺栓接头，如图5-87所示。

图5-86 打开装配体

图5-87 定义螺栓接头

【螺钉直径】和【螺母直径】为24mm，【螺栓柄直径】为12mm。确认【紧密配合】选项没有被选中，因为这里使用的是松配合。

螺栓【材料】使用【AlloySteel】。螺栓【预载】选项中，选提示【扭矩】为160N·m，【摩擦系数】为0.2。

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可以用手工计算来验证螺栓的轴向预载力为66，666N。因此，螺栓的拉伸应力为590MPa，是Alloy Steel材料屈服强度的95%。

步骤6 显示爆炸视图

步骤7 定义接触条件(www.xing528.com)

为正确建立螺栓连接的模型，需要在两个装配体零部件间定义接触条件。因为期望沿着接触面水平滑动，所以需要定义局部【无穿透】、【节到曲面】或【曲面到曲面】的接触条件。如图5-88所示，在两个面之间定义一个【无穿透】、【节到曲面】的相触面组。

步骤8 施加远程载荷

正如在开始分析前提到的，假定吊环螺栓的刚度非常高。因此，使用【载荷/质量性连接）】选项。

选择两个底部和顶部接触面为【远程载荷/质量的面，边线或顶点】。这反映出现实中大多数载荷都是通过螺栓头/螺母及螺栓杆之间的摩擦来传递的，如图5-89所示。

图5-88 定义接触对

如图5-90所示，在水平和竖直方向都施加1100N的力。使用局部坐标系Coordinate Sys-tem1指定力的位置（0，0，51mm）及大小（1100N，0，1100N）。

步骤9 添加夹具

在Base Plate的两个侧面加载【固定几何体】的夹具，如图5-91所示。

图5-89 选择接触面

图5-90 施加远程载荷

图5-91 添加夹具

步骤10 对装配体划分网格

在【网格参数】下选择【基于曲率的网格】。保持默认设置使用【高】品质单元生成网格。

步骤11 运行分析

更改求解器为【Direct Sparse】。

步骤12 查看分析结果

查看最高应力分布区域，可以看到“热点”尺寸要小于单元的尺寸。说明在该区域的应力分析有很大误差。所以，细化网格对获得精确的最大应力结果是必要的，如图5-92所示。

步骤13 图解显示变形结果

在放大比例后分析变形结果的细节。可以看到Bar和Base Plate之间彼此发生了分离，如图5-93所示。

步骤14 查看螺栓力

【螺栓接头-1】和【螺栓接头-2】对应的轴向螺栓力分别为66715N和66791N。

与螺栓预载值66666N相比，外部载荷的影响非常小。如果想防止螺栓松动，改变螺栓轴向载荷是微不足道的，如图5-94所示。

步骤15 保存并关闭文件

图5-92 应力结果显示

图5-93 变形结果显示

图5-94 查看螺栓力