軸方向荷重またはトルクと摩擦係数の組み合わせを適用して、ボルト結合のプリ応力条件をシミュレートできます。 結合ボルト(Connector Bolt)PropertyManager の予圧(Pre-load)で値を入力できます。
静解析スタディでは、ボルト結合の定義に 2 つの連続する解析実行が含まれます。
- 最初の解析実行では、プログラムはユーザー定義の予圧値を適用してボルト結合にプリ応力をかけます。 他のすべてのタイプの荷重は抑制されます。 解析が完了した後、プログラムは各ボルトの引張り力を計算してユーザー定義の予圧値と比較します。
- プログラムは、引張り力とユーザー定義予圧値の違いに基づいて、新しい調整された予圧値を計算します。
- 各ボルト結合に対して、すべての荷重と内部的に調整された予圧値を使用して、プログラムにより解析が再び実行されます。
最初の解析実行には、通常、ボルトが締め付けられる前に存在するすべての荷重が含まれる必要があります。 このような荷重には一般的に重力が含まれますが、ボルトが締め付けられたときの応力状態を表すすべての荷重(力、熱荷重、スプリングの予圧など)を含めることもできます。 プログラムが新しく調整される予圧値を計算する最初の解析に含める荷重を選択することはできません。 通常、この制限により結果の精度に大きく影響することはありません。
対称ボルトを使う場合、選択された対称タイプにより、全体の予圧値とボルトの全体の質量の 1/2 または 1/4 を入力してください。 また、対称ボルトのボルト荷重のリスト表示をするとき、スタディを実行した後、結果は、合計の力の 1/2 または 1/4 に等しくなります。
非線形解析
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ボルトの予応力保持(Keep Bolt Prestress)が選択解除されています。
ゼロ応力状態のボルトの長さ L0 は、解析開始時のボルトの長さ Lst に基づいて決定されます。これは、ボルト結合によって取り付けられた構成部品の変形前のジオメトリ状態に対応します。 ゼロ応力状態のボルトの長さは、次のように計算されます:
L0 = Lst / (1+(P/A*E))
非線形解析が進むと、各解析ステップでのボルトの長さ Lstep は、適用された荷重によって変形するため、接続した構成部品の変形ジオメトリに適合します。 非線形解析の終了時のボルトの最終応力は、ユーザー定義の予圧応力とは異なります。 各解析ステップでのボルトの軸方向荷重は、次の数式から計算されます。
Pstep = A* E* (Lstep - L0) / L0
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ボルトの予応力保持(Keep Bolt Prestress)が選択されています。
このオプションを選択すると、最初にユーザー定義の予圧 P を外部荷重のない初期条件として使用して解析が実行されます。 ボルトで接続された部品の変形が計算され、ゼロ応力状態 L0 のボルトの長さを決めるために使用されます。接続部品の予応力による状態に対応するボルトの変形長として Lf を定義します。 ゼロ応力のボルトの長さは、次のように計算されます。
L0= Lf / (1+(P/A*E))
解析の第 2 ステップでは、適用されるすべての荷重が含まれています。 各解析ステップでのボルトの軸方向荷重は、次の数式から計算されます。
Pstep = A* E* (Lstep - L0) / L0
解析中に、(a)Lstep <= L0 の場合はボルトが緩み、(b)Lstep > L0 の場合、ボルトに張力がかかり、部品は接続された状態のままになります。
注釈:
- P: ユーザー定義の軸方向予圧
- Pstep: 現在の解析ステップにおけるボルトの軸方向荷重
- A: ボルトの断面積
- E: ボルトの弾性の材料係数
- L0: ゼロ応力状態のボルトの元の長さ(微分は、ボルトの予応力保持(Keep Bolt Prestress)オプションの状態によって異なります)
- Lst: 解析開始時のボルトの長さ(ボルトによって取り付けられた構成部品の変形前のジオメトリ状態に対応します)
- Lf: 予応力による接続部品の強制移動後のボルトの長さの変形(選択したボルト-予応力を保持)
- Lstep: 現在の解析ステップにおけるボルトの変形長
ボルト結合で予応力荷重を維持し、解を収束させるには、ボルトの弾性係数(Eb)に対する、取り付けられた構成部品の弾性係数(Ec)の比率を、Ec / Eb > 0.5 となるよう維持することをお勧めします。