焊接、螺栓连接结构与过盈装配结构有限元分析

模块

主要内容

一、螺栓、焊接连接结构与过盈装配结构的几何模型创建方法

1、螺栓连接结构的建模方法

1.1真实建模

1.2无螺栓等效载荷法

1.3螺栓耦合模拟法

1.4螺栓混合建模法

1.5考虑螺纹细节参数的螺栓连接结构建模方法

1.5.1螺栓常用几何参数

1.5.2模型要求

1.5.3螺纹的创建方法

2、焊接连接结构的建模方法

2.1点焊结构建模方法

2.1.1梁-壳单元法

2.1.2实体单元法

2.2焊缝连接结构的建模方法

3、过盈装配结构的建模方法

工程范例-1：螺栓连接结构建模实例     

工程范例-2：点焊结构建模实例

工程范例-3：焊缝连接结构建模实例     

工程范例-4：过盈装配结构的建模实例

二、螺栓、焊接连接结构与过盈装配结构分析基础（1）——非线性有限元方法

1、材料本构模型

2、结构材料非线性

2.1屈服准则

2.2流动准则

3、几何非线性

4、非线性有限元控制方程

5、非线性有限元控制方程求解方法 

6、载荷步/子步/平衡迭代步

7、收敛准则

8、ANSYS WB非线性计算设置技巧

工程实例-1：螺栓连接钢结构梁柱构件的热弹塑性分析

工程实例-2：点焊结构弹塑性分析

三、螺栓、焊接连接结构与过盈装配结构分析基础（2）——接触处理方法

1、概述

2、接触面与目标面

3、接触作用模式

4、接触算法

5、对称与非对称接触

6、修剪接触

7、接触探测

8、穿透容差和弹性滑移容差

9、约束类型

10、接触刚度

11、时间步控制

12、球形域

13、接触界面处理

14、接触面和目标面几何修正

15、初始接触状态调整

16、计算后接触状态的评估

17、摩擦接触

18、虚拟螺纹生成方法

19、接触关键设置总结

工程范例-1：螺栓预紧钢管的非线性接触分析

工程范例-2：过盈配合轮轴有限元计算

四、过盈配合结构有限元计算

1、过盈配合工艺

2、过盈配合计算公式

3、基于有限元方法过盈配合计算原理

4、过盈配合计算中主要参数及其关系

工程实例-1：结构冷装配过盈配合模拟

工程实例-2：结构热装配过盈配合模拟

工程实例-3：工程压入法过盈装配模拟

五、螺栓连接结构建模方法与有限元

分析技巧

1、概述

2、螺栓预紧载荷

3、螺栓预紧单元

4、螺栓预紧力的施加方法

5、螺栓预紧力施加注意事项

6、螺栓后处理工具——Bolt Tool

工程实例-1：法兰螺栓连接结构采用梁单元模拟螺栓进行结构分析的方法

工程实例-2：法兰螺栓连接结构采用实体单元模拟螺栓进行结构分析的方法

工程实例-3：法兰螺栓连接结构采用joint施加螺栓预紧载荷的分析方法

工程实例-4：法兰考虑螺纹细节的螺栓连接结构有限元计算

六、螺栓连接结构应力集中和应力奇异的处理方法

1、概述

2、应力集中和应力奇异的概念

3、应力集中的产生原因 

4、应力奇异问题的产生原因

5、螺栓连接结构应力集中的处理方法

6、螺栓连接结构应力奇异的破解方法

工程实例-1：螺栓法兰连接管道的应力奇异分析与处理方法

七、基于VDI 2230标准的螺栓连接结构强度校核与安全性评价方法

1、概述 

2、VDI 2230标准螺栓设计思想

3、基于VDI 2230标准的螺栓强度与安全性分析方法

4、基于VDI 2230标准的螺栓强度与安全性分析流程

工程实例-1：基于VDI 2230标准和有限元的动车组车钩联接螺栓强度分析

八、螺栓连接结构的垫片密封性能分析

1、衬垫基本知识 

2、垫片材料模型-Gasket模型

3、垫片几何模型的网格划分方法

4、Gasket材料属性

5、基于国标GT150的垫片密封性能评价方法

6、基于EN13445标准的垫片密封性能评价方法

工程实例-1：PN2.5/DN300法兰连接结构预紧与操作工况密封性能有限元评价

九、焊接温度场有限元计算

1、常见焊接工艺的技术参数

2、焊接传热基本定律

2.1热传导

2.2热对流

2.3热辐射

3、非线性瞬态温度场传热的有限元分析   

4、焊接传热计算的材料参数

5、焊接传热的边界条件及其原理

6、焊接传热模拟的网格设置要求

7、焊接瞬态温度场计算的时间步长设置要求

8、单元生死技术

9、移动热源+单元生死技术模拟分层焊接

工程实例-1：多道焊缝钢板焊接温度场模拟

工程实例-2：基于移动热源+单元生死技术的对接接头分层焊接过程温度场模拟

十、螺栓与焊接连接结构热应力计算

1、概述

2、结构材料本构模型

3、结构材料非线性

4、非线性瞬态结构响应的热弹塑性有限元分析

5、热应力计算的材料参数

6、热应力计算的边界条件 

7、热应力计算的网格设置要求

8、热接触设置原理与方法

9、瞬态热应力响应计算的时间步长设置要求

10、焊接残余应力分析与计算

11、焊接残余应变分析与计算

工程实例-1：桥梁钢箱梁U肋焊接过程热应力与焊后残余应力计算

工程实例-2：螺栓连接钢结构梁柱构件的火灾分析

十一、螺栓、焊接连接结构与过盈装配结构模态分析

1、模态分析简介

2、模态计算理论

3、固有频率与模态振型

4、参与系数，有效质量

5、模态提取方法

6、模态计算中接触设置

7、模态计算设置

8、有应力结构的模态分析方法

9、非线性模态及其求解方法（线性摄动法）

工程实例-1：考虑螺栓预紧力的旗杆模态分析

工程实例-2：焊接门型框架结构的模态分析

工程实例-3：过盈配合转子的模态与临界转速分析

十二、螺栓、焊接连接结构动力响应计算

1、概述

2、基于瞬态动力学方法的动力响应计算

3、基于响应谱的动力响应计算

工程实例-1：考虑螺栓预紧力的旗杆动力响应计算

工程实例-2：焊接门型框架结构的瞬态动力响应计算

十三、焊接结构与螺栓杆的疲劳裂纹扩展寿命计算

1、概述

2、ΔK-da/dN 曲线定义

3、疲劳裂纹扩展寿命预测模型

4、计算步骤

5、应力强度因子计算方法 

6、疲劳裂纹扩展寿命分析流程

工程实例-1：钢板T型焊接接头的焊缝裂纹扩展寿命计算

工程实例-2：螺栓杆疲劳裂纹扩展寿命计算

十四、附录

单元增强技术