如何在梁单元中加入预紧力和热效应？

概括

在使用梁单元对螺栓连接器进行建模时，考虑螺栓预紧力和热效应对于确保仿真结果准确可靠至关重要。螺栓预紧力表示装配过程中施加的初始张力，它会显著影响载荷分布和接头刚度；而热效应则考虑材料属性和尺寸在不同温度下的变化，从而影响整体结构行为。通过将这些因素纳入梁单元模型，工程师无需进行计算成本高昂的全实体建模，即可捕捉螺栓连接的基本力学行为。这种方法不仅简化了仿真流程，还避免了过高的计算成本，从而能够对复杂装配体进行高效实用的分析。

在这篇博客文章中，我们通过一个直接、简单的例子来解释该方法，并结合模型描述来展示不同的步骤。

模型创建：

总而言之，该过程包括在 SpaceClaim/Discovery 中创建梁，并建立接触以将这些梁连接到相应的孔，从而确保正确的相互作用和负载传递。此方法与 Mechanical 在后台采用的方法非常一致。

这里详细介绍了如何创建和定义模型。

• 使用实心圆柱体在 SpaceClaim/Discovery 中创建beam，然后使用 Preparation->Extract 。

   
   

• 在此示例中，为了进一步进行比较，在角落处添加了一根额外的梁。

   

• 在 Mechanical 中可以识别这些梁。请注意横截面属性，它们是从 SpaceClaim 中创建的原始圆柱体中提取的。“热应变效应”默认启用。

   
  
   

• 在梁的端部和螺栓连接区域之间创建粘合接触。每个梁需要两个接触。

  这里需要注意的是，将公式改为“梁”，并指定材料和半径。这将允许热能通过梁传递。定义这些信息将有助于表示螺栓头和螺母。请考虑您需要用这些值来恰当地表示结构的热行为。对于第二个梁，在梁端部和实体角之间定义了一个额外的接触。

   

• 施加一些热边界条件后，可以求解瞬态传热模型。角梁的自由端定义为 10°C。注意每根梁的温度梯度。

   

• 在用户定义的结果中隔离热模型中创建的 LINK33 元素，可以看到连接梁如何将热量从固体传递到螺栓线元素。

  

• 利用该热解决方案，可以按照通常的方式将载荷传递到结构分析：

   
  
   

• 边界条件包括实体部件之间的摩擦接触、实体腿部的固定支撑以及自由梁端部。此外，还包含螺栓预紧力以及从热分析导入的载荷。

   
   

• 现在，结构模型已经得到解决，同时考虑了螺栓上的热效应和预紧力的影响：

   
   

• 由于角梁两端由结构边界条件固定，因此该处的应力仅由热载荷引起。这使我们能够验证梁单元上的热载荷。

   

最后，因为创建所有这些梁和接触会大大增加要做的工作，所以您可以使用对象生成器工具来提高效率。

结论

        总而言之，要使用梁单元精确建模螺栓连接，需要仔细考虑螺栓预紧力和热效应，以捕捉影响接头性能的关键因素。该方法不仅提供了一种比完整实体建模更高效的计算替代方案，还能确保工程分析的可靠结果。