如何使用接触几何校正对螺栓螺纹连接进行精确建模？
概要
结构仿真中最为人熟知的挑战之一在于如何在精度和计算量之间取得平衡。螺栓螺纹建模就是一个显著的例子，需要精确了解螺纹周围的应力分布。然而，计算成本往往迫使我们采取过度简化的方法，以确保仿真的可行性。在本文中，我们将探讨“接触几何校正”——一种能够有效协调这些相互冲突的需求的有效方法。
接触几何校正
在 Ansys Mechanical Contacts 中，可以利用多种属性来增强接触性能。其中，“Contact Geometry Correction”提供两个选项：“Smoothing”（适用于圆形和旋转几何）和“Bolt Thread”。
我们特意采用了“螺栓螺纹”选项，以便更准确地了解应力，而无需对实际螺纹的几何细节进行建模。简化模型能够基于内部执行的计算来近似螺栓的行为，从而以接近真实螺栓模型的精度进行建模。该技术适用于二维轴对称和三维模型，使用光滑的圆柱表面作为螺栓和螺母。它兼容各种类型，包括无分离、无摩擦、粗糙和摩擦。非对称行为必须明确定义。
要定义这一点，需要指定一些螺纹和旋转轴信息，其中大部分都是不言自明的。平均中径可以在标准螺栓尺寸表中找到：
例子
为验证该技术的功能，建立了一个二维轴对称模型。该模型包含一个120毫米的螺栓，在初始时间步长内施加2544690N的轴向预紧力。模型包含三个摩擦接触区：两个“经典接触”位于两块板之间，另一个位于螺栓头和上板之间；第三个简化接触用于模拟螺纹连接。所有接触的摩擦系数均为0.15。此外，模型底部设有固定支撑以约束模型。在后续时间步长中，对上部线施加50兆帕的压力，以模拟结构载荷并有助于缓解螺栓杆的张力。
结果
求解模型后，接触区应力轮廓线清晰可见，该轮廓线模拟了螺纹几何形状。这增强了对该技术有效性的信心。
但这种方法效果如何？确定其有效性的唯一方法是将这些结果与详细几何模拟的结果进行比较。在第二个模型中，所有设置均类似，包含螺纹几何形状并利用经典的摩擦接触。
建议
在螺纹区域进行一些细化非常重要。为了获得更准确的结果，单元尺寸应小于螺距。
螺栓表面应为接触侧，接触行为应为不对称。
本例中定义为坐标系的轴点应位于适当的几何螺栓轴上。
结论
当螺纹区附近的应力分布并非模拟的重点时，该技术尤其具有吸引力。此外，它采用的网格细化程度较低，且求解时间较短，使其成为模拟规划中值得考虑的方案。
笔记：
记住轴对称模型必须位于 XY 平面，其旋转轴是 Y。
