ABAQUS螺栓仿真建模方法

螺栓校核是工程计算中较为重要的环节，有限元模拟为螺栓校核的计算提供了更高效便捷的方法。ABAQUS作为强大的非线性有限元分析工具，能够进行多种方式的螺栓建模计算，获取更加准确可靠的结果。

Abaqus来进行螺栓连接的校核计算时，通常采用以下两种计算方式：

（1）采用实体单元建模，见下图。螺栓与连接板、连接板与连接板之间定义接触，根据工程需要，在螺栓中间加预紧力。该方法的计算出来的结果一般来说比较准确，但建模较为复杂，计算量大，尤其对于螺栓连接比较多的情况，需要进行大量接触对的定义，模型处理时间与计算成本较大。

                                                                              图1  螺栓实体建模

（2）采用梁单元建模，见下图。梁单元的两端点分别于两端的连接板通过coupling或mpc进行连接，不需要定义接触。这种情况下，螺栓主要承受的是外部的轴向拉伸或主要承受的是横向剪切力。这两种受力情况，螺栓都不需要承受预紧力，连接板的外力不是由连接板之间的摩擦力来克服的，而是由螺栓本身来克服。

这种的建模方式在即受预紧力F'又受轴向载荷F时，可以正确求出螺栓受力的边界条件，即得出梁单元的轴向力和横向剪切力。得到轴向力和横向剪切力后，就可以应用《机械设计手册》中的公式，计算出相应螺栓的应力。对于螺栓较多的情况，可以人工选择受力较大的螺栓进行单独校核，也可以通过python程序进行批处理计算。

                                                                            图2  螺栓梁单元建模校核

Abaqus中，螺栓的轴向力可有SF1得到，横向剪切力可由两个分力SF2和SF3合成得到。SF2和SF3得到的合成力，实际上为螺栓连接板所承受的剪力R，由R即可求出螺栓的预紧力，从而可以计算出螺栓的应力。

梁单元建模计算时需要在后处理中调用梁单元的轴向力SF1、横向剪切力SF2和SF3，因此需要在Output中开启SF选项。

SF1为梁单元的轴向载荷，实际上即为螺栓所受的轴向外载荷，SF2和SF3的合力即为螺栓连接板所承受的横向力R，从而可以求出预紧力F'。