螺栓连接在LiToSim中的应用实例
螺栓连接在机械工程中极其普遍，在有限元仿真中至关重要，它不仅能够精确模拟螺栓的预紧力施加、接触力学行为及载荷传递机制，还能有效简化复杂装配体中的连接建模。在结构强度校核、接触分析、振动特性预测以及疲劳寿命评估等方面发挥着关键作用，为工程结构的可靠性与安全性提供了重要保障。
LiToSim支持多种螺栓建模方式，涵盖包含螺纹的真实实体螺栓、不含螺纹的简化实体螺栓以及梁螺栓等类型，能够根据不同工程场景对螺栓连接行为进行高精度仿真分析与优化。
该方法通过建立螺栓、螺母及连接件的真实螺纹几何，采用实体单元划分网格，并在螺纹接触面定义接触关系，以精确模拟螺栓的受力状态。
虽然它能还原最真实的应力应变场，但巨大的网格量和接触非线性也带来了计算成本高、收敛困难等挑战。因此，它主要适用于研究螺纹啮合、预紧力分布等对精度要求极高的细节问题。
面对带螺纹螺栓建模的前处理难题，LiToSim可化繁为简：用户仅需输入螺栓和螺母的关键参数，即可一键获得可直接计算的精细化网格。
图2 带螺纹的真实螺栓仿真Mises结果动态云图
该方法将螺栓杆部简化为光滑圆柱体，采用实体单元建模，从而避免了复杂的螺纹几何建模。螺栓与连接件之间通过绑定或接触关系进行连接，并在螺栓杆中部截面施加预紧力来模拟拧紧过程。
尽管无法分析螺纹局部应力，但该方法能在保证整体连接刚度、载荷传递路径及连接件应力准确的前提下，显著提升前处理效率和计算速度，实现了精度与效率的平衡，因而成为工程实践中的主流选择。
LiToSim支持从绑定与接触到高精度预紧力加载的一站式设置，保障简化模型下螺栓连接行为的仿真精度与建模效率。
图3 LiToSim支持绑定、接触和螺栓预紧力的一站式设置
图4 不带螺纹的简化螺栓仿真的Mises结果动态云图
该方法采用梁单元模拟螺栓杆，两端通过多点约束（简称：MPC）与连接件耦合，预紧力直接作为轴向力施加。其核心在于抽象表达螺栓的“骨架”作用——提供连接刚度并传递力，适用于关注整体结构行为而非螺栓细节的宏观分析。
LiToSim支持梁单元和多种MPC，可快速构建高计算效率的简化螺栓系统。
图6 梁单元和MPC模拟螺栓仿真的Mise结果动态云图
工程应用实例1：PCB和焊点温度循环仿真
在消费电子仿真中，常需分析PCB与焊点的力学行为，而其外部的保护壳结构多采用螺栓进行连接。由于此类螺栓数量有限，且其本身的受力状态也是分析重点，因此在建模时通常采用不带螺纹的简化实体螺栓模型，以保证关键部位应力结果准确的同时，高效完成整体仿真。
图7 盖板上的螺栓连接（采用无螺纹的简化实体螺栓）
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