如何快速學會 SimLab 創建螺栓

本內容主要介紹在 Altair SimLab 中快速創建螺栓，包括使用 RBE2 單元剛性連接、1D 螺栓、1D 預緊螺栓、3D 螺栓、3D 預緊螺栓以及基於螺栓幾何快速網格劃分。

注：本文所有內容基於 SimLab 2021 版，若使用其他版本，可使用 Ctrl+F 打開軟體右上角搜索視窗，即可搜索對應的工具。

一、SimLab 軟體簡介

SimLab 是一站式多物理場模擬平臺，包含前後處理以及顯式、隱式、流體、電磁場以及模流求解器。

直觀易懂、無需說明的圖形化使用者介面涵蓋建模過程的各個方面。無需進行枯燥的幾何清理，可直接在幾何上進行工作，為各個區域定義網格規格後，即可透過雙向 CAD 耦合進行導入和更新。

從幾何、網格劃分、材料屬性、約束負載、求解計算到查看結果，整個過程都可以在 SimLab 中完成，無需進行軟體切換，非常便捷。

二、RBE2 單元剛性連接設定

若只考慮傳力需求，而不關注螺栓連接區域的受力情況，直接將兩個部件的螺栓孔用 RBE2 單元進行剛性連接即可。

SimLab 中可使用 Analysis > Loads and Constraints > Connections > Create RBE 工具進行創建。

該方法創建簡單，但缺點也很明顯，會造成螺栓孔面以及螺孔周圍局部區域應力過大，且無法提取螺栓力以及無法查看螺栓本身應力情況。

RBE2 剛性連接創建工具

三、利用 SimLab 創建 1D 螺栓

SimLab 提供專業工具用於創建 1D 螺栓和 3D 螺栓，可由 Advanced > Bolt Modeling 進入螺栓創建工具列，可批量創建螺栓連接。

1D 螺栓同 RBE2 剛性連接一樣，也會造成局部應力集中，但可以提取螺栓力。

SimLab 螺栓創建工具列

SimLab 將 1D 螺栓分為螺頭、螺紋以及螺頭螺紋連接關係定義三部分，每個部分提供多種範本以供選擇。經排列組合，可滿足各種螺栓模擬需求。

SimLab 提供 11 種螺頭範本，下圖中第一個範本為上下兩個 RBE 單元抓取零件表面節點，中間一根梁單元連接兩個 RBE 單元用於類比螺頭部分，可以較好地考慮螺頭部分的受力區域，其餘類型參考下圖，可結合實際分析需求進行選擇。

SimLab 提供 7 種螺紋範本：

SimLab 提供 8 種螺栓連接方法。

若螺頭和螺紋的 RBE 中心點位置重合或距離很近，可以直接使用第一種 “Equivalence” 連接，將兩個節點替換為一個節點，即可實現連接；

若螺頭和螺紋部分沒有 Bar 單元，可使用 Bar > Through（通孔）或者 Threaded（盲孔），用 Bar 單元連接螺頭和螺紋。

1D 螺栓連接工具

若要考慮預緊力，可使用 Pretension > Through（通孔）或者 Threaded（盲孔）進行連接，該連接會產生 Bar 單元，因此要求螺頭和螺紋部分不包含 Bar 單元。

該面板可指定預緊力大小、Bar 單元直徑以及 Bar 單元材料等參數。

螺頭螺紋連接方式

若要批量創建 1D 螺栓，需提前創建螺頭、螺紋以及連接關係範本，然後透過 Advanced > Bolt Modeling > 1D Bolt > Create Bolt 工具批量創建範本，可一次性創建兩個部件間所有的螺栓。

SimLab 軟體內建螺頭範本

SimLab 軟體內建螺紋範本

SimLab 軟體內建螺頭與螺紋連接關係的範本

使用者可以透過範本快速創建螺栓

四、3D 螺栓

若希望較為精細地類比螺栓連接，需要創建3D螺栓模型。

SimLab 提供 5 種實體螺栓範本，輸入參數即可創建四面體或者六面體形式的 3D 螺栓網格模型，不需要螺栓幾何。這 5 種螺栓範本幾乎保留了除螺紋之外的所有特徵，可用於分析螺紋詳細的受力情況。

3D 螺栓範本

3D 螺栓創建工具可由 Advanced > Bolt Modeling > 3D Bolt > Create Bolt 進入。

前四種 Pattern1 ~ Pattern4 為根據線條來確定螺栓位置，操作略微麻煩；

Pattern1 Using Face / Group ~ Pattern5 Using Face / Group 可根據面或者 Group 來確定螺栓位置，可批量創建，一次創建兩個零件間所有的連接螺栓，效率更高。

3D 螺栓創建工具

創建好 3D 螺栓網格後，可使用 Advanced > Bolt Modeling > 3D Bolt > Solid Pretension 工具載入預緊力，也可使用 Advanced > Bolt Modeling > 3D Bolt > Thread Pretension 施加螺紋預緊。

預緊力載入非常方便，只需要選中螺栓 body，然後設置預緊力大小即可，無需多餘操作。

施加預緊力