概述

本模型通过模拟法兰几何结构，演示如何使用以线体（line bodies）形式创建的螺栓以及螺栓预紧力（Bolt Pretension）对象来连接法兰。

目标

演示如何使用线体定义两个法兰之间的螺栓，并设置螺栓预紧力对象。

建模步骤

对带有线体螺栓的法兰几何结构进行静力学结构仿真。

1.打开 ANSYS Workbench，插入一个“Static Structural”（静力学结构）系统。 

2.导入 Flange_Joint 几何模型。

3.检查法兰和螺栓的几何定义：包含两个实体法兰和 6 个螺栓线体。由于各部件相互独立，需在它们之间定义接触关系。

a. 确认单位制已正确设置为公制（mm, kg, s）。

b. 检查线体的横截面，其半径为 2 mm。

c. 本案例中，所有部件均使用默认材料“Structural Steel”（结构钢）。

4.使用工作表（Worksheet）方法创建命名选择（Named Selection）。

a. 基于 Y 坐标位置创建顶点的命名选择：Y = 5 mm 处命名为 “BoltTopVertices”，Y = 0 mm 处命名为 “BoltBottomVertices”。

b. 先按尺寸筛选，再结合 Y 位置过滤，在法兰上创建压印面（imprinted faces）的命名选择：Y = 5 mm 处命名为 “FlangeTopImprints”，Y = 0 mm 处命名为 “FlangeBottomImprints”。

c. 最后，按尺寸筛选并进一步按类型（Type = Line）过滤，为所有螺栓边创建命名选择 “Bolts”。

5.在各部件之间创建接触关系。

a. 在两个法兰实体之间创建摩擦接触（Frictional Contact），摩擦系数设为 0.1，其余参数保持默认。

b. 在其中一个顶部顶点与其对应的顶部压印面之间创建绑定接触（Bonded Contact），设置如下： Formulation（公式）= MPC ，Constraint Type（约束类型）= Distributed（分布） ，方向 = All Directions（所有方向），Pinball Region（作用区域）= Radius（半径） ，Pinball Radius（作用半径）= 6 mm。

摩擦接触

绑定接触

c. 随后，使用对象生成器（Object Generator），基于上一步创建的命名选择，批量生成其余顶点-面配对的类似接触关系。

d. 对底部的顶点与压印面配对重复上述步骤，创建相应的绑定接触。

6.使用默认设置生成网格。

7.设置边界条件并求解。

a. 在“Analysis Settings”（分析设置）中将步数（Number of Steps）设为 2，以支持螺栓预紧力的分步加载。

b. 在下法兰的底面施加固定支撑（Fixed Support）。

c. 为其中一个螺栓线体添加螺栓预紧力对象，施加 100 N 的预紧载荷。第一步设为“Load”（加载），第二步设为“Lock”（锁定）。

d. 利用对象生成器，基于之前创建的“Bolts”命名选择，为其余螺栓线体批量创建相同的螺栓预紧力对象。

e. 求解模型。

8.后处理并查看结果。

a. 插入总变形（Total Deformation）结果，使用真实比例（True Scale）或自动比例（Automatic Scale）进行查看。

总结

本示例说明了如何使用线体模拟螺栓，并对其施加螺栓预紧力。重点内容包括：

• 使用带对应横截面的线体可有效减少计算时间。

• 通过工作表方法定义命名选择，并利用对象生成器批量创建相似对象，可大幅节省手动操作的工作量。

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