помогите новичку пожалуйста. Расчет резьбы в ansys mechanical 2023

[Osirius777 0]

Доброго времени суток, дорогие форумчане! Сам я новичок в теме по ansys. Требуется посчитать на предельный момент затяжки шпильки и посчитать осевую силу при таком моменте в ansys mechanical (Текущую задачу могу и на листочке бумажки посчитать, благо есть умные книжки на эту тему). 

дано:

Резьба М6х1

Шпилька вкрученная одним концом в корпус, на шпильку установлена крышка, которая прижимается к корпусу гайкой при затяжке. 

Что сделано : 

- создана 3д модель с с3д резьбой.

- выставлены контакты (bonded и frictional).

- приложен крутящий момент к гайке и зафиксированной по торцу от перемещений. Ось вращения гайки не зафиксирована от вращения и перемещения. 

Итог, гайки принимает нагрузку от крут. момента, а на шпильку он не передается. С контактами вроде все ровно. И уже не знаю в какую сторону двигаться.

Все туториалы на инглише. Д и рассматривается там через bolt pretension. А меня это не интересует (там виртуальная резьба и виртуальный срыв).

Вопрос: с какими параметра приложить нагрузки и контакты, чтобы результат расчета был адекватным? 

Сильно тапками не бейте, если требуется могу предоставить скрины или весь проект. В общем, очень нужна ваша помощь. 

[Jesse 989]

10 часов назад, Osirius777 сказал:

С контактами вроде все ровно. И уже не знаю в какую сторону двигаться.

выставите в настройках контакта pinball radius побольше и adjust to touch. 
Если не поможет, то можно ещё поиграться с нелинейной стабилизацией: у вас там в начале скорей всего движение твёрдого тела без деформаций, поэтому расчёт валится.
Но скорей всего дело Detection Method.. попробуйте здесь разные выставить.
p.s.: вы ведь хотите посмотреть произойдёт ли срез резьбы?

[vik_q 150]

09.05.2025 в 09:21, Osirius777 сказал:

создана 3д модель с с3д резьбой.

Т.е. вот прям честная 3d модель, с честным профилем резьбы по ГОСТ, корректно заданным шагом, скруглениями и возможно даже с учётом допусков?

 

Обычно размерность этой задачи такая, что только очень упорный человек пытается довести расчет до конца.

Ну или очень хочется увидеть картинки. Сетку, там, модель в разрезе...

[Борман 2,408]

09.05.2025 в 09:21, Osirius777 сказал:

приложен крутящий момент к гайке и зафиксированной по торцу от перемещений.

Не понял,  что там зафиксировано и у кого ?

 

09.05.2025 в 09:21, Osirius777 сказал:

гайки принимает нагрузку от крут. момента, а на шпильку он не передается

Если не передаётся на шпильку, тогда что значит "принимает" ?

 

[Orchestra2603 260]

On 5/9/2025 at 9:21 AM, Osirius777 said:

Требуется посчитать на предельный момент затяжки шпильки и посчитать осевую силу при таком моменте в ansys mechanical

Т.е. вы собираетесь моделировать процесс затяжки "как есть"? Т.е. с учетом скольжения гайки по резьбе, деформацию внешней резьбы шпильки и внутренней резьбы гайки, да еще и деформацию тела шпильки и гайки? Я просто пытаюсь себе представить количество очень мелких контактных поверхностей, которых солверу надо включить в расчет, чтобы такое сделать. Плюс, там еще до среза, наверное, пластика по крайней мере внутри резьбы будет развиваться. Я бы даже не решился такое решать в неявном солвере. В LS-Dyna вроде есть Generalized контакт, там все со всем может контачить, и это вроде как хорошо считается. Но шаг по времени/нагрузке (особенно с учетом мелкой сетки) тогда будет супер микроскопическим. Если динамики никакой нет, то можно конечно попытаться себе облегчить жизнь масс скейлингом. Надеюсь, у вас есть в распоряжении хороший кластер и финансирование на несколько месяцев фул-тайм работы по этой теме?

 

On 5/9/2025 at 9:21 AM, Osirius777 said:

... рассматривается там через bolt pretension ...

Может, все-таки не зря? :)

 

On 5/9/2025 at 9:21 AM, Osirius777 said:

гайки принимает нагрузку от крут. момента, а на шпильку он не передается

По всей видимости, солвер проскакивает момент, где должен сработать контакт. Либо шаг по нагрузке/времени слишком большой, либо Pinball radius маленький. Короче надо более тонко настраивать параметры определения контакта и настройки солвера.

 

Непонятно, решение вообще получается, или у вас вылетает все с Unconverged soultion? Похоже (но неточно), что сейчас решение сходится, но как раз потому, что контакт игнорируется. Любопытно посмотреть, как будут дела обстоять со сходимостью, когда контакт все-таки заработает, как надо)

 

1 hour ago, Борман said:

Если не передаётся на шпильку, тогда что значит "принимает" ?

С трудом понял, что (хотя хз, может, не прав), мол, гайка движется по оси шпильки, но сопротевления со стороны резьбы нет. Но, честно говоря, @Osirius777 , вам бы картинки лучше выложить и нормально объяснить, какие ГУ, где какие контакты, и что конкретно происходит в модели (что движется, какой contact status в каких местах, что с решением происходит и т.д.). По тем исходным данным, что вы дали, тяжеловато додумывать у себя в голове, что там у вас происходит.

 

 

 

Edited Sunday at 09:09 AM by Orchestra2603

[Борман 2,408]

Я вот давно уж думал.. Пересчитать момент с гайки в осевую силу на шпильке - на этот счет какая-то простая формула есть, и сиса все равно точнее эту силу не посчитает...

 

Можно ли упростить задачу ? (это вопрос к Знатокам)

Сделать резьбу (в смысле ее модель) не витками, а кольцами. Тут и сетка проще будет, и на шпильке и на гайке. Все контакты одновременно законтачат, трение в этой модели не нужно, а без поворота гайки и контакты и решатель будут себя чувствовать вполне комфортно. Останется только потянуть за гайку. Если начнутся проблемы - перейти в осесимметричную постановку.

 

Удивительно, но такие задачи появляются достаточно часто. Если эта задача формулируется как "Посчитать в сисе...", то конечно сначала нужно подумать как упростить задачу, расчетная схема, расчетная модель, а уж потом сиса. А если в конструкции подшипник есть, то что шарики рисовать ?

[Jesse 989]

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

Плюс, там еще до среза, наверное, пластика по крайней мере внутри резьбы будет развиваться.

да, там так или иначе первые витки самые нагруженные будут, как по сопромату учили.. и пластика будет развиваться в небольшом объёме так или иначе..

1 час назад, Борман сказал:

Сделать резьбу (в смысле ее модель) не витками, а кольцами. Тут и сетка проще будет, и на шпильке и на гайке. Все контакты одновременно законтачат, трение в этой модели не нужно, а без поворота гайки и контакты и решатель будут себя чувствовать вполне комфортно. Останется только потянуть за гайку. Если начнутся проблемы - перейти в осесимметричную постановку.

пахнет халтурой...

[Борман 2,408]

2 часа назад, Jesse сказал:

пахнет халтурой...

Ну сразу видно, "Знаток".

[Jesse 989]

3 часа назад, Борман сказал:

Ну сразу видно, "Знаток".

)
ну я бы отработал задачу на простой модели с тремя витками. 

[Fedor 1,642]

" А если в конструкции подшипник есть, то что шарики рисовать ?" Проще книжку по Деталям машин почитать. Вообще резьбы считал Геннадий Борисович Иосилевич методом конечных элементов. Еще в древние времена когда ЭВМ были большими и занимали места как небольшой цех с возможностями меньше недорогого смартфона :) 

 

https://www.centrmag.ru/catalog/product/rezbovye_i_flantsevye_soedineniya_skachat_v_elektronnom_vide/?srsltid=AfmBOooItaLrxBwB0-YmD4F5jVtbNTMNfUwGD17AfnYlz_Iyt5gZyv2o  

 

Кстати шарики есть смысл рисовать чтобы понять  влияние погрешностей шариков или роликов  на долговечность подшипников. Чем больше погрешность тем больше нагрузки и меньше долговечность. Были соответствующие исследования когда-то. 

https://dwg.ru/dnl/2252   Тут можно скачать. 

Цитата

10.6. Расчет соединений методом конечных элементов

 

Edited Sunday at 06:32 PM by Fedor

[dronm 29]

Странно - выходит читать хелп это сейчас мовитон, печалька

Chapter 37: Bolt Thread

[Fedor 1,642]

https://de.donstu.ru/CDOCourses/Design/OsnoviKonstrMashin/РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДНИНЕНИЯ/t_zhuk.html   :)

[vik_q 150]

10 часов назад, Борман сказал:

Можно ли упростить задачу ? (это вопрос к Знатокам)

Сделать резьбу (в смысле ее модель) не витками, а кольцами.

Боевую задачу коллеги так и считали. По пластичному материалу задали допустимые деформации, опасное сечение взяли по мах нагруженному зубу. Вроде даже испытания прошли. Жаль, не на разрушение :(

 

 

[Fedor 1,642]

Логично вводить контактный слой с эффективным модулем упругости который можно определить или экспериментально или расчетно. Свойства этого слоя должны обеспечивать эквивалентную податливость соединения .  

[Fedor 1,642]

Цитата

Контактный слой с эффективным модулем упругости играет важную роль в расчете деталей машин, особенно в тех случаях, когда происходит взаимодействие между двумя или более поверхностями. Эффективный модуль упругости позволяет учитывать не только свойства материалов, но и геометрию контакта, а также условия нагрузки.

Основные аспекты:

1. Определение эффективного модуля упругости: Эффективный модуль упругости (E_eff) может быть определен как функция модулей упругости материалов, входящих в контакт, и их геометрии. Например, для двух материалов с модулями упругости E1 и E2 можно использовать формулу:

   Eeff1=E11−ν12+E21−ν22

   где ν — коэффициент Пуассона.

2. Моделирование контакта: При моделировании контакта важно учитывать такие параметры, как:

   • Профиль поверхности (шероховатость)
   • Условия нагрузки (статические или динамические)
   • Температурные эффекты

3. Методы расчета: Для расчета контактных напряжений и деформаций можно использовать различные методы:

   • Метод конечных элементов (МКЭ) для численного моделирования
   • Аналитические методы для простых геометрий
   • Экспериментальные методы для верификации расчетов

4. Применение: Контактные слои с эффективным модулем упругости применяются в различных областях машиностроения, включая:

   • Подшипники
   • Зубчатые передачи
   • Соединения деталей

5. Учет износа и усталостных свойств: Важно также учитывать влияние износа и усталостных свойств материалов на поведение контактного слоя. Это может потребовать дополнительных расчетов и экспериментов.

Заключение

Правильный расчет контактного слоя с эффективным модулем упругости позволяет повысить надежность и долговечность машинных деталей, а также оптимизировать их конструкцию для достижения лучших эксплуатационных характеристик.

 

 

Вот мнение ИИ :)

[Борман 2,408]

Не помню кто конкретно, но кто-то с форума, Влад. вроде, моделировал затяжку "охлаждением" болта. Мне нравится такой способ.

[ДОБРЯК 615]

1 час назад, Борман сказал:

Не помню кто конкретно, но кто-то с форума, Влад. вроде, моделировал затяжку "охлаждением" болта. Мне нравится такой способ.

Давно не заходил на форум.

Давайте порассуждаем.

Ведь вы правильно написали, что момент пересчитывается в осевую силу. То есть мы знаем величину осевой силы в шпильке.

На какую температуру охлаждать шпильку, чтобы получить правильную осевую силу? 

[Fedor 1,642]

Через деформацию стержня легко установить эквивалентность силы и температуры ...  Ну и коэффициент линейного растяжения можно варьировать. 

Edited Monday at 08:23 AM by Fedor

[ДОБРЯК 615]

34 минуты назад, Fedor сказал:

Через деформацию стержня легко установить эквивалентность силы и температуры ...  Ну и коэффициент линейного растяжения можно варьировать. 

Если шпильку моделировать стержнями, то пересчитаете. В принципе можно моделировать стержнем шпильку, если знать как потом осевую силу стержня правильно передать на объемную модель.

Но здесь всё моделируют объемными КЭ.

Даже резьбу...:=)

[Fedor 1,642]

Стержень можно изобразить объемными элементами :)