Ansa联合Abaqus分析经常遇到螺栓施加预紧力问题，除了设置复杂外还容易踩坑，一不小心就会遇到各种各样的问题。下面记录一下Ansa螺栓预紧力设置过程和一些坑，为后面相关分析作参考。

1. Solid+Assistant

实体螺栓和法兰面之间要先建立连接，具体可以参考Abaqus接触设置 。

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  1. 单个螺栓可以通过AUXILIARIES→PRTENS→Assistant向导进行设置。

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  2. 在弹出向导中选择Surface - Solid Elements或者Surface - Solid Property，然后选择螺栓实体。 勾选下面的Detect and create all possible pretensions.，会尝试自动搜索类似实体并创建相同的预紧力。

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  3. 下一步，在螺栓实体上选择第一个参考点。

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  4. 下一步，选择第二个参考点定义螺栓预紧力方向，此时会在第一个参考点生成参考平面。注意预紧力方向要与螺栓轴线平行。

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  5. 下一步，输入预紧力大小50kN，注意勾选后面的Fixed。这里会自动生成两个STEP。第一个STEP用于加载预紧力，第二个STEP用于固定预紧力状态。其他的载荷可以施加到第二个STEP里面。

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  6. 最后，定义参考平面的法向，确认应用螺栓预紧力。

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以上步骤完成后就可以提交计算了。

容易踩坑的地方：

  • 涉及到接触问题导致的不收敛，可以加上接触控制Contact Control→Stabilize，提高求解的稳定性。

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  • 如果加上接触控制还是不收敛，建议将实体螺栓和法兰面之间的接触改用Coupling约束替代之。

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  • 如果计算结果出现螺栓变长的情况，多半是第6步参考平面的法向定义反了，更改参考面法线方向即可。

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计算完成后通过Meta打开，可以查看实体螺栓内部的应力分布状态。

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2. Beam+Assistant

当要研究的问题不涉及螺栓本体强度时，可采用梁单元替代螺栓实体，减少计算量提高计算效率的同时还能避免出现计算不收敛的问题。

  1. 梁单元需要先新建梁的PID，先定义螺栓的截面和材料。截面形式选圆形，定义螺栓半径。

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  2. 需要通过Beam新建梁单元（建议先通过螺栓孔新建两个Coupling约束，再通过Coupling约束的中心新建Beam单元），再指派到上面的PID里，此时Beam单元只有一段。

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  3. 然后转到Mesh，通过Insert插入点的方式，将Beam单元分割为多段。

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  4. 接下来启动向导，选择Beam Elements，选择中间的一段Beam单元。如果上一步没有分割Beam单元，这里可以选择下面的Split Beams，会自动将Beam单元分割为3段并选中中间的一段。

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  5. 同样，输入预紧力50kN，选择固定预紧力状态。

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  6. 确认创建预紧力。

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以上步骤完成后可以提交计算。

常见问题：

  • Meta不支持显示Beam单元应力分布。如果要查看Beam单元应力分布状态，需要通过Abaqus Viewer来渲染结果文件。

  • 需要在View→ODB Display Options里打开Render beam profiles才能显示梁单元的状态。

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  • 梁单元的应力显示要选择BEAM_STRESS。

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  • 想在结果中查看梁的应力分布状态，建议在*OUTPUT关键字选择输出所有变量，这样用Abaqus Viewer渲染的时候才能查看BEAM_STRESS。

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3. Beam+Connection

Connection设置可以参考Ansa快速设置连接 。通过Connection也可以设置螺栓预紧力，尤其适合多个螺栓连接、需要经常替换模型或调整参数的场合。这里螺栓本体选择梁单元。

建立PID的步骤同上一章节中的第2步。Body Type选择CBEAM，激活Create Pretension并输入预紧力大小。

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多个螺栓应力显示：

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4. 总结

  • Solid+Assistant ： 螺栓本体应力结果相对更准确，但计算量较大，容易出现不收敛情况。
  • Beam+Assistant ：计算量少，更容易收敛，但只能用在不考察螺栓本体强度的场合。
  • Beam+Connection ：计算量少、容易收敛，更改、替换操作更方便，同样不能直接考察螺栓本体强度。