SOLIDWORKS Simulation

螺栓连接器的技术定义

无锡易盛信息科技有限公司

2024年5月6日

                                                          作者：Bruce MEI

SOLIDWORKS Technical Support

审核：Anivia HUANG

无锡易盛信息科技有限公司

版本：1.0

前言

如果您曾经使用SOLIDWORKS®Simulation来分析装配体或多实体零件，您很可能知道SOLIDWORKS装配体中的配合定义不会转换为SOLIDWORKSSimulation中的接触定义。因此，从SOLIDWORKSSimulation的角度来看，只有定义了描述装配体零部件之间相互作用的正确接触条件或连接器后，才会附加装配体的零部件。

SOLIDWORKS2014 引入了Toolbox紧固件自动转换为螺栓功能。此功能的主要目的是避免用户在SOLIDWORKS中的设计阶段定义工具箱零部件时重复工作，然后在分析阶段需要在SOLIDWORKSSimulation中重新定义螺栓接头设置。借助此新功能，SOLIDWORKS Simulation 可以利用强大的 Toolbox 插件。

概述

连接器是一种定义一个实体（顶点、边、面）如何连接到另一个实体或地面的机制。 SOLIDWORKS Simulation 提供了一组数学连接器，而不是连接器的实际物理模型，以通过销、螺栓、弹簧、轴承、连杆、点焊、边缘焊缝、刚性或弹性支撑将多个零件相互连接。通过这个半自动过程，用户能够指定连接器的参数（例如螺栓的预紧力），并在运行分析后列出螺栓中的力。由于网格和接触的减少，使用这些连接器可以加快分析过程。因此，可以更快地找到解决方案。

一般来说，螺栓连接器是SOLIDWORKS用户最常用的连接器类型。它们的应用非常重要，因为它涵盖了受益于此类连接器的使用的多个行业。通过了解模拟螺栓连接器的构造方式，您可以更好地判断何时何地使用它们。

紧固件和螺栓的区别和定义

从技术角度来看，请务必注意 SOLIDWORKS Toolbox 紧固件和 SOLIDWORKS Simulation 螺栓连接器之间的区别。

SOLIDWORKS Toolbox紧固件
SOLIDWORKSToolbox紧固件是实际紧固件的几何表示，用于在模型中以物理方式表示紧固件，以考虑空间和质量属性，并包含在材料明细表 (BOM) 中。

SOLIDWORKSSimulation螺栓连接器

SOLIDWORKS Simulation 螺栓连接器是一种模拟抽象化，它使您可以对螺栓连接组件的效果进行建模，而无需对实际几何形状进行网格划分和求解。螺栓连接器不仅有助于连接零件，还有助于在零件之间传递载荷、抵抗和承受预载荷或外部载荷，并避免使用实际几何形状。也许最重要的是，螺栓连接器会报告几种不同的结果，例

如轴向力、剪切力、弯矩等，以帮助您更好地理解并确定螺栓尺寸。

SOLIDWORKS Simulation 螺栓连接器的定义如下： 

螺栓连接器 — 技术定义

可以通过实体、壳体和钣金主体的混合堆叠来定义螺栓连接器。也可以通过选择

同一元件的图元来定义螺栓连接器。

SOLIDWORKS Simulation 螺栓连接器方法

SOLIDWORKS Simulation 使用自己的螺栓连接器方法。此方法类似于蜘蛛螺栓方法，如西门子西屋电气电力公司的 Jerome Montgomery 在“螺栓连接中的螺栓建模方法”中所述。实际上，SOLIDWORKS Simulation 使用梁元素来表示螺栓柄，并使用刚性杆元素将梁连接到法兰。该软件通过使用热膨胀和冷缩来模拟螺栓预紧力。例如，为了产生预紧力，它将轴向长度收缩适当的量。热膨胀和热收缩的计算由求解器自动完成。

这是由梁元件定义的，该元件对扭矩没有任何阻力，因为轴向旋转自由度被释放。这与物理模型一致。实际上，连接部件之间的滑动受到夹紧力（预紧力）提供的摩擦力的抵抗。此外，需要注意的是，两端之间使用的梁仅具有抗拉性（不抵抗压缩力）。

事实上，这个特征是问题变成非线性（在没有任何其他非线性的情况下）并模拟接触行为的原因（但由于它的抗拉特性，与无穿透接触的方向相反）。这就是为什么问题必须经过迭代并随后变慢的原因（在没有任何其他非线性的情况下，例如零件之间定义的实际接触）。

实体的刚性杆实现

根据所使用的螺栓连接器的类型，刚性杆单元的数量直接取决于所创建的网格的类型。有两种类型的适合选项：

松配合螺栓：在建模螺栓的每一侧，刚性杆的数量等于分别与螺母和螺钉头接触的面上的节点数量。

因此，只能在对模型进行网格划分后才能确定。

紧配合螺栓：除了为松动配合螺栓生成的刚性杆元素外，SOLIDWORKS Simulation 还会在与螺杆柄接触的圆柱曲面上的节点和蜘蛛排列的节点之间生成刚性杆元素。

总体而言，对于松配合螺栓，刚性杆的数量等于头部和螺母表面上的节点数量。对于紧配合螺栓，刚性杆单元的数量等于螺栓死角、螺母和圆柱表面上的节点总数。

无需在螺栓头和螺母直径处使用分割线，因为 SOLIDWORKS Simulation 将在内部进行一些压印以获得头部和螺母区域并对其进行网格划分。网格数据被传输到分析中。对于松配合螺栓和紧配合，刚性杆的数量仍然等于头部或螺母区域上的节点数量，并且刚性杆单元的数量等于头部、螺母和螺母区域上的节点总和。螺栓的圆柱面。在更新的版本中，选择分割曲面的选项已被删除。

壳的刚性杆实现

已经确定，当螺栓杆太大时，限定在壳体表面之间的螺栓连接器上的合力不够准确。仅当螺栓长度与杆半径之比低于 5 时，才会出现一条消息。然后建议用户在实体之间定义螺栓。

对于壳之间定义的螺栓连接件，模拟开始时会出现以下警告消息：

螺栓杆长度取所有板厚度之和。螺栓长度通常不等于建模壳之间的距离。

螺栓半径取为螺栓接头PropertyManager 中输入的公称柄直径的一半。

螺栓连接器的刚性杆结构shell之间的定义方式如下：