施加（螺栓）预紧力的方法及Overclosure的介绍

zwqbill

看了好多关于螺栓施加预紧力的问题和帖子，各位版主也做了大量的工作，
版主ywh362568的两个帖子
1、http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=953801
2、http://forum.simwe.com/thread-953846-1-1.html
以及版主sunnygu的文件 3、http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=942348
让我受益匪浅。建议大家仔细琢磨下。
结合我自己查阅Patran和Marc的帮助文件和实例。我尝试总结一下在patran/marc中施加预紧力的方法，
以及详细给出Overclosure（Tying69）的定义、理解和用法。（默认求解器为Marc）

一、施加螺栓预紧力的简单方法（Tools--Bolt preload）


如图所示，Patran提供了施加螺栓预紧力的工具。
可以施加Force和Displacement两种载荷，以及提供Geometric、Vectorial、Elemental三种方法，Overclosure和Explicit两种MPC。
我们常用的就是Geometric、Overclosure (Tying69)。
所谓基于几何的方法，就是说程序会自动识别你选中单元组成的几何形状，如果是柱状，就会在中间部位的某处将单元分开，建立Overclosure。
并在轴向上你指定的点处建立Control Node，并在该处施加你指定的载荷。
如下图：


这种方法不需要详细理解Overclosure的定义，简单有效，缺点是无法精确控制施加的位置，但对螺栓的预紧力施加是足够的。

二、其他简单方法。（不需要面向节点进行操作）

1、Utilities--Loads/BCs---Bolt preload Shareware
    在版主的提供的文件中使用了该方法，这与上面Tools--Preload中的Elemental有异曲同工之妙。
    特点是选取 Element Faces（3D），这是有困难的。在patran关于preload帮助手册中有这样的话：
        For 3D elements, this can be difficult as the graphics screen can get messy trying to select element faces,
        especially TET elements. For 2D and 1D elements, this method is easy！
    版主在帖子中给出了选取的技巧和注意事项！

2、Tools--Prelaod 中的其他方法。
    另外两种方法就需要一定的操作，在螺栓定义中用不到，但在其他几何形状不是柱状的预紧力施加时是很有用的，试试看！
    提供一下帮助文件：
.
三、建立MPC（Overclosure）
    该方法就是版主在帖子2中提到的，需要面向节点进行操作，是比较复杂、枯燥、容易出错的。
    而且在建立MPC时，必须对Overclosure有一定的了解。

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下面是对Overclosure的介绍：

提供几个文件。是在marc用户手册中关于Overclosure的介绍，有理论和例子。

1、Marc中施加预紧力的原理：

       图中，螺栓（或其他东西）被分为两部分使用Overclosure连接起来；
       而在Tool-preload的定义时，就是一个螺栓（solid）而已。这都是可取的。
       因为进行分析时关注的是网格（element、node）而不是实体。
       其实，螺栓的网格被分为两个部分，在分割面（mesh split）处通过Overclosure进行连接。
       因此，在一个实体的模型中，该处的节点是重合的，这就是为什么在版主的帖子中提到不能进行equivalent的原因！
2、Overclosure中节点的定义


      Overclosure（Tying69）有三个节点，一个tied node，两个retained nodes。（在patran中定义MPC时，分别称之为Dependent和Independent）
      看上图右侧，是变形体中使用的情况。tied node是螺栓下部网格的节点，第一个retained node是上部的节点，第二个retained node是控制节点。

3、Overclosure中力、位移的相关关系。
      因为在施加一个螺栓的预紧力时，多个Tying69共用一个控制节点，方便期间，我们就取一个Tying69来说明。
      作用在三个节点上的力和位移的关系是：
         作用在Tied Node上的位移=作用在另外两个Retained Nodes上的位移之和  
      即施加在控制节点的位移等于Tied Node与 First retained node  的位移差值，而这正好表征的是螺栓产生预紧的情况：
             若控制节点位移为正（Tied node 指向First retained node方向为正向），则发生Overlap，螺栓产生预紧力。
             若控制节点位移为负，则出现gap，螺栓产生压力（假设上下约束）。

4、Overclosure的其他
      1、设置螺栓预紧力的两种方法——力和位移，可以在同一个分析中使用，如在第一步分析中使用Point Load设置Overlap，
            第二步分析中使用Disp Change进一步设置Overlap。
      2、control node可以设置6个自由度的位移载荷，而且必须设置足够的约束以防止发生刚体运动。
      3、Overclosure可用于接触分析，螺栓的上下部分网格分属不同的接触体，他们可以与其他接触体定义接触。
      4、在热力耦合分析中的热分析时，Overclosure（Tying69）退化为Tying100，在Tied node和First retained node之间可以进行热传递，
            此时它们之间的设置都是无效的，只有在Mechanical分析中才有效。

ywh362568

楼主很善于归纳，总结，钻研
加油

zwqbill

ywh362568 发表于 2011-10-8 20:44
楼主很善于归纳，总结，钻研
加油

谢谢版主的支持。

learnerone

多谢楼主的总结。
我想问一下，控制节点的位置可以是任取的吧？

zwqbill

learnerone 发表于 2011-10-13 15:55
多谢楼主的总结。
我想问一下，控制节点的位置可以是任取的吧？

对的，一般取在螺栓的轴线上，轴线上的位置任意。

wagv

LZ好强大，我啥时能达到LZ的水平啊？

chenen0932313

很好的资料，楼主可以做成个word或者pdf供所需的人下载！

xlyanger

同意楼上，非常感谢楼主的总结与分享

insword

zwqbill 发表于 2011-10-8 21:13
谢谢版主的支持。

请问　你也是在做开孔板螺栓连接的接触的问题的吗？

insword

zwqbill 发表于 2011-10-19 12:32
对的，一般取在螺栓的轴线上，轴线上的位置任意。

求你的联系方式　我在做板件开孔连接