最佳做法：使用 Creo Simulate 中的紧固件

Creo Simulate 紧固件工具可以创建紧固件理想化。紧固件主要用于提供通过结构 (而不是链接曲面的连接界面或刚性连接) 传递载荷的表示。Creo Simulate 2.0 及更高版本使用 Timoshenko 梁理想化对默认紧固件进行建模，Timoshenko 梁理想化使用 12x12 刚度矩阵以提供更高的精度。此类建模需要考虑紧固件的轴向力以及剪切、扭转和弯曲刚度。存在大量自动创建的测量，这些测量描述了分析过程中针对紧固件计算的不同数量。

对紧固件进行建模时，请记住紧固件轴和孔之间未实际接触。可以对螺钉或螺栓紧固件进行建模。可以针对实体或壳模型对紧固件进行建模。使用紧固件时，模型需要满足某些先决条件。如果紧固件不满足这些先决条件，则无法使用紧固件，或者在创建紧固件或运行分析的过程中会收到错误或警告消息。

1. “直径”(Diameter) - 默认情况下，该值为紧固件中最小孔的直径。不要指定大于最小孔直径的值。

2. “紧固件头部和螺母直径”(Fastener Head and Nut Diameter) - 该值为螺栓头的直径值，同时也与螺栓型紧固件的螺母直径相同。指定一个值，该值大于直径值。

3. “分离测试直径”(Separation Test Diameter) - 该值为围绕紧固件创建的环形区域的直径，该环形区域与“固定间隔”(Fix Separation) 机构保持接触。指定一个值，该值大于头部和螺母直径。该值至少应为螺栓轴直径值的两倍。针对分离测试直径的面积创建曲面区域是一个好方法。

对模型中两个紧固零件之间的界面进行建模的最精确方法是在零件之间创建实际接触界面。使用紧固件连接两个元件时，两个元件不得互相穿插。“固定间隔”(Fix Separation) 可以快速简便地逼近两个零件之间的界面。如果选中“固定间隔”(Fix Separation) 复选框，则两个元件将与“固定间隔”(Fix Separation) 机构保持接触。曲面-曲面刚性分布弹簧可防止两个零件互相穿插。何时使用“固定间隔”(Fix Separation) 以及何时使用接触的经验法则如下：

• 如果模型具有定义的接触界面，并且还要定义紧固件，则在两个要紧固的元件之间定义接触界面是一个好方法。在这种情况下请清除“固定间隔”(Fix Separation) 复选框，因为设置“固定间隔”(Fix Separation) 时创建的分析是线性分析，而接触分析是非线性分析。

• 如果大多数压缩位于界面处，则“固定间隔”(Fix Separation) 是您的理想选择。运行分析后，可以查看 rpt 文件。如果“固定间隔”(Fix Separation) 未正常工作，可在 rpt 文件中看到以下消息：

“紧固件的固定间隔选项正在阻止零件在应该分离的位置处分离。因此，该分析的结果可能不准确。您应该关闭紧固件的固定间隔选项，如有需要，可在通过紧固件连接的零件之间引入接触界面。”

“固定间隔”(Fix Separation) 是否正常工作的另一指示器是测量 fastenerName_intf_norm_forc。自动创建的测量 fastenerName_intf_norm_forc 可以跟踪固定间隔环形区域处两个紧固元件之间的总法向力。这是 Ft - Fc 的测量，其中：

Ft - 环形区域处的拉伸力

Fc - 环形区域处的压缩力

可以在 rpt 文件中检查此测量的值。此测量值为负表示存在净压缩，并且“固定间隔”(Fix Separation) 正常工作。测量值为正指示存在净张紧并且元件是分开的。例如，在如下所示简单模型中，两块方形板通过穿过中心孔的螺栓连接在一起。选择“固定间隔”(Fix Separation)，然后指定每块板上的载荷为 1000 lbm/sec 2。指定预加载荷为 500 lbm/sec2。(选中“解释刚度”(Account for Stiffness) 复选框。)载荷会将两块板拉开，而“固定间隔”(Fix Separation) 弹簧尝试将其连接在一起。

1. 沿负向 Z 的力为 –1000 lbm/sec 2

2. 沿正向 Z 的力为 1000 lbm/sec 2

3. 通过选定“固定间隔”(Fix Separation) 定义的螺栓紧固件

图 1

图 2

1. 零件正尝试进行分离的区域

图 3

运行静态分析后，测量 fastenerName_intf_norm_forc 的值为 179.3237 lbm/sec 2，该值表示净张紧。在这种情况下，“固定间隔”(Fix Separation) 弹簧机构会尝试将应该分离的两个零件连接在一起。这可能会导致错误结果。在这种情况下，必须清除“固定间隔”(Fix Separation) 复选框，并在接触零件之间定义接触分析。

对于 Creo Simulate 3.0 及更高版本，如果使用“固定间隔”(Fix Separation)，将显示与预加载荷值配合使用的“解释刚度”(Account for Stiffness) 复选框。

在软件的早期版本中，需要运行两个分析并基于第一个分析中紧固件的轴向力值来计算预加载荷。对于 Creo Simulate 3.0 及更高版本，软件可自动计算比例值。以使指定的预加载荷值为紧固件上的实际预加载荷。

如果选中“解释刚度”(Account for Stiffness) 复选框，软件将考虑可导致紧固件中拉伸力或轴向力的值较低的模型变形。通过在未应用外部载荷的情况下运行第一个基础分析来计算要应用到预加载荷的缩放比例。将在已应用外部载荷的情况下运行第二个分析，并使用从基础分析计算的新调整的预加载荷值。请看以下示例：

1. 图 1 显示了两个单位长度方形板的简单模型，由穿过板中心孔的螺栓进行紧固。沿板 1 顶部曲面在 X 方向上应用 100 lbm/sec 2 力载荷。

a. 板 1

b. 板 2

c. 穿过板 1 和板 2 的螺栓紧固件。

图 4

选中“包括预加载荷”(Include Preload)

图 5

2. 按图 5 所示选中“包括预加载荷”(Include Preload) 和“解释刚度”(Account for Stiffness) 复选框。

4. 导航至分析文件夹，然后打开用于分析的 rpt 文件。rpt 文件显示两个连续分析已运行。第一个分析是将预加载荷作为模型中唯一载荷的基础分析 - 计算将忽略所有外部载荷。可在 rpt 文件中看到行“缩放紧固件预加载荷的基础分析”。紧固件轴向力的值将显示小于指定预紧力的值。在这种情况下，该值为 201.22 lbm/sec2

5. 随后可在 rpt 文件中看到另一行“具有缩放紧固件预加载荷和外部载荷的分析”。在这种情况下，将使用从基础分析计算的缩放紧固件预加载荷。现在，紧固件轴向力的值非常接近指定为预加载荷的值 500 lbm/sec 2。

如果选中“包括预加载荷”(Include Preload) 但未选中“解释刚度”(Account for Stiffness)，则需要手动执行以上计算。

在这种情况下，必须运行没有外部载荷的第一个分析。在以下公式中使用紧固件轴向力的值：

对于预加载荷 500 (Fn)，请在第一个分析中将紧固件“预紧力”(Preload Force) 指定为 500。在第一个分析中，紧固件轴向力 (Fp) 的值为 261.6535。

在方程中替换这些值，实际需要作为“预紧力”(Preload Force) 输入的 Fi (必需的预加载荷输入) 的值约为 956.5588。如果运行没有外部力的第二个分析并且输入预紧力为 960，则 rpt 文件中报告的紧固件轴向力的值非常接近所希望的预紧力 500。

虽然无法创建紧固件阵列，但是如果需要在模型中创建多个紧固件，可以复制并粘贴紧固件及其所有属性。

4. “紧固件定义”(Fastener Definition) 对话框随即打开，并显示针对已复制紧固件指定的所有字段。

	螺栓点-点	螺栓边-边	螺钉	一般限制
连接壳	是	是	否	创建紧固件时请参阅常规限制的先决条件文档。
连接实体	否	是	是
固定间隔	NA	是	是
	如果选择“固定间隔”(Fix Separation) 并清除“无摩擦界面”(Frictionless Interface)，则由界面承载整个剪切力。相反，如果选择“无摩擦界面”(Frictionless Interface)，则由螺栓承载整个剪切力。
包括预加载荷	NA	是	是
解释刚度	NA	是	是

如果在紧固元件之间手动定义接触界面，则会完全忽略紧固件中的“固定间隔”(Fix Separation) 和“无摩擦界面”(Frictionless Interface) 选项，并按以下方式确定剪应力︰