Ansys螺栓联接的接触分析.pdf

第一篇ANSYS结构分析

第1章接触分析

1.1螺栓和法兰联接的接触分析

在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。螺栓联接的研究历

史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两

种常用的方法，理论解析法和有限单元法。由于理论解析法要对结构进行简化，

忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接

法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。ANSYS有

限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的

Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和

法兰之间的联接。

水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和

转子支架。在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。如果联轴螺栓联

接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常

稳定运行。情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。

下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用

ANSYS的APDL（ANSYSParametricDesignLanguage）脚本编程语言，编制程

序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。

该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。

图1-1主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图图1-2主轴联轴螺栓结构边界条件

针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL程序，建立了螺母和

圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。

同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法

以及求解中需要注意的事项。

下面结合APSL程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI操作方式。

ANSYS软件版本选用ANSYS6.1。

!**********************************************************

!设置结构基本参数（参数可以按不同结构改变）

!参数单位为力：N，长度：mm，弹性模量：N/mm2，密度：tons/mm3

!**********************************************************

*SET,RAD_I,1250/2!主轴内半径

*SET,RAD_PANI,705!圆盘内半径

*SET,RAD_O,2450/2!主轴外半径

*SET,RAD_PANO,1830!圆盘外半径

*SET,RAD_B,180/2!螺栓孔径

*SET,M_BOLT,160!螺栓最小直径

*SET,M_BH1,350+170+50!螺栓在主轴方向长度

*SET,M_BH2,350+170+250!螺栓在圆盘方向长度

*SET,M_NUT,280/2!螺母大半径,六面体对角线长度

*SET,H_NUT,170!螺母高

*SET,RAD_DRILL,2140/2!螺栓节圆半径

*SET,RAD_M,750+150!主轴内止口半径

*SET,H_M,18!主轴内止口高度

*SET,RAD_BI,1950/2!螺栓孔划平处内径

*SET,RAD_BO,2330/2!螺栓孔划平处外径

*SET,RAD_BH,5!螺栓孔划平处高度

*SET,F_RAD,45!主轴与划平处过渡圆角半径

*SET,FH_RAD,1855/2!螺栓孔划平处内半径

*SET,R_FILLT,125!主轴过渡圆角

*SET,N,15!螺栓分度数

*SET,KEY_W,290!切向定位键宽

*SET,KEY_H,130!切向定位键高

*SET,TH,200!主轴轴壁最薄处厚度

*SET,FLANG_H1,350!主轴法兰高度

*SET,FLANG_H2,350!圆盘高度

*SET,H_SHAFT,350+490!主轴上倾斜部分高度

*SET,H_SH,H_SHAFT+500!主轴总高度

*SET,PI,ACOS(-1)!PI值

*SET,ELEMSIZE,60!拉伸单元大小（可根据结构尺寸调节）

/GRAPHICS,POWER!ActivatePowerGraphics

!****************************************

!加载参数

!****************************************

*SET,DI