SOLIDWORKS Simulation—螺栓连接结构分析

在研发设计过程中，进行结构连接设计时，经常会使用螺栓进行部件之间的连接或使用螺栓结构进行结构的承载。在进行产品性能验证时，往往需要着重对螺栓结构进行计算，很多工程师在进行螺栓结构仿真计算时，就会存在诸多疑问？螺栓连接条件如何正确设定？如何评估螺栓的可靠性？等            

针对于不同的应用场景，螺栓计算考量会有不同的目的。以下列举不同的几种目的：

1. 螺栓本身强度是绝对满足设计要求的，只需要在结构当中设置螺栓的条件，从而对螺栓连接的部件进行性能验证。
2. 在结构当中设置螺栓的条件，进行螺栓连接结构部件性能验证的同时，也需要对螺栓本身进行强度验证。
3. 关注结构受力之后，进行螺栓本身的性能验证，并预知螺栓最容易发生损坏的位置及螺栓变形分布。

针对以上不同的分析目的，在仿真软件当中，我们需要如何进行考量呢？接下来，我们将以一个螺栓连接的结构进行解析。
在仿真软件中，处理螺栓连接有两种方式，一、设定为虚拟螺栓（图一） 二、设定为真实螺栓模型（图二）。
     
                  （图一）                                （图二）              
 

• 针对1/2的场景目的，建议是使用虚拟螺栓的方式进行螺栓结构分析。在SolidWorks Simulation仿真中，设置虚拟螺栓也有两种方式，一、Simulation软件自动识别设置虚拟螺栓。二、手动定义虚拟螺栓。接下来，通过一个螺栓连接结构的例子，我们看看如何进行正确的设定吧。

1. 软件自动识别设置虚拟螺栓。在SolidWorks中，螺栓模型是通过Toolbox标准库设定的，SolidWorks Simulation可以根据螺栓的型号规格，自动在分析算例中创建虚拟螺栓模型。

(带Toolbox螺栓的模型)

 

1. 手动定义螺栓的方式（将以下图的例子作为示例）

手动定义螺栓的要求条件：

1. 建立对应的螺栓3D模型孔位
2. 获取螺钉、螺母3D尺寸大小
3. 螺钉、螺母的材质信息、预紧力等

定义螺栓步骤1：排除螺钉螺母3D模型，留下相应的垫片模型及孔位。

定义螺栓步骤2:在连结模块选择“螺栓”，并选择对应的螺栓类型。
           
定义螺栓步骤3：选择孔位的圆形边线，作为螺栓连结位置，并设定螺钉、螺母的尺寸大小、材料参数、螺栓强度数据、预紧力等。
 

定义螺栓步骤4：使用螺栓连接的部件，在连接接触面上，设定的接触条件为“无穿透”。


SolidWorks Simulation结果分析（放大的变形趋势云图）：

结果分析：（虚拟螺栓安全系数评估）使用虚拟螺栓进行分析的算例，可以在结果图解中，点击“定义销钉或螺栓检查图解”，软件将呈现各个螺栓的安全系数及对应的安全系数要求。

结果分析：（虚拟螺栓螺栓力评估）使用虚拟螺栓进行分析的算例，可以在结果图解中，选择“列出螺栓接头力”将螺丝的连接受力大小提取出来。

• 针对3的场景目的，建议是使用真实的螺栓3D模型进行分析。在SolidWorks Simulation中，只需要将真实的3D螺栓模型包含在里面，进行相应的设定，即可模拟包含真实螺栓模型的结构性能。

定义螺栓步骤1：施加螺钉螺母的材料参数。

定义螺栓步骤2：使用全局接触，SolidWorks Simulation自动识别模型接触面，设定“无穿透接触关系”。

螺钉与螺母螺纹位置，简化螺纹线，设定“接合”的接触关系。

SolidWorks Simulation结果分析（放大的变形趋势云图）：

SolidWorks Simulation结果分析（真实螺栓应力云图分布）