SOLIDWORKS Simulation внутренне представляет соединитель-шпильку как балку с заданной осевой или вращательной жесткостью. Каждый конечный узел балки расположен у центроида соединенной цилиндрической грани (или кромки оболочки).
Для жесткого типа соединения жесткие элементы соединяют конечные узлы балки с цилиндрическими узлами граней. Все грани, соединенные со шпилькой, остаются коаксиальными под воздействием нагрузки и сохраняют свою исходную форму. Эти цилиндрические грани могут перемещаться по отношению друг к другу как жесткие тела в зависимости от осевой и вращательной жесткости контактного соединителя. Из-за внедрения жестких областей можно наблюдать зоны активных точек напряжения рядом со штырьковым соединителем. Активные точки напряжения постепенно уменьшаются с расстоянием, пока они не исчезнут в областях примерно на один диаметр от цилиндрических граней.
Только для линейных статических исследований можно выбрать формулировку распределенной связи для соединителей-шпилек. Распределение связи ограничивает движение узлов прикрепленных цилиндрических граней (связывающих узлов) перемещением и вращением конечного узла балки (справочного узла) в усредненном смысле. Распределенное соединение позволяет связывающим узлам выбранной геометрии перемещаться относительно друг друга. Распределенный тип соединения создает более реалистичные поля напряжения и смещения в непосредственной близости от соединителей-шпилек.
Осевая жесткость штырька определяет относительное осевое перемещение между цилиндрическими гранями (или круговыми кромками), соединенными со штырьком. Вращательная жесткость штырька определяет относительное вращательное движение между цилиндрическими гранями (или круговыми кромками). Для штырька, соединяющего более двух цилиндрических граней или кромок, программное обеспечение перераспределяет осевую и вращательную жесткость на основе геометрических характеристик каждого сегмента штырька (например, площадь сечения, полярного момента инерции и длины). Сегмент штырька соединяет две последовательные цилиндрические грани и имеет два концевых соединения. Каждое штырьковое соединение расположено у центроида соединенной цилиндрической грани или круговой кромки.
Вывод списка сил соединителя-шпильки
Решающая программа рассчитывает силы штырькового соединителя на двух концах каждого сегмента шпильки.
Например, для отдельного определения штырька с прикреплением к четырем цилиндрам шарнирной пластины, как показано ниже, решающая программа вычисляет и выводит силы штырька на четырех соединениях штырька (в порядке от первого до последнего соединения). Каждый болтовой шарнир расположен в центроиде каждой цилиндрической грани, соединенной со шпилькой.
Программа выводит четыре силы на каждый штырьковый соединитель в соответствии с локальной системой координат штырька. На рисунке показано поперечное сечение штырька с силами штырька, рассчитанными в месте соединения.
- FA = осевая сила в поперечном сечении штырька
- FV = поперечная сила в поперечном сечении штырька
- Mb = изгибающий момент
- Т = Крутящий момент
Положительная осевая сила указывает на то, что сегмент штырька находится под натяжением; отрицательная осевая сила указывает на сжатие. Программа создает отчет о нагрузках и моментах, действующих на сегмент штырька, когда нагрузки прикладываются к соединениям. В списке нагрузок моментов на штырьковый соединитель в местах соединений не учитывается баланс нагрузок для сегмента штырька.
Для штырьковых соединений, которые являются общими для последовательных сегментов штырька (например, соединение 2 на рисунке ниже), решающая программа рассчитывает два набора сил штырькового соединителя: для левой и правой сторон общего соединения. На рисунке показано поперечное сечение штырькового соединителя с двумя сегментами штырька (выделены синим цветом), прикрепленными к трем цилиндрическим граням.
Радиус штырькового соединителя, R, — это радиус цилиндрической грани или круговой кромки, прикрепленной к штырьку. Сегменты штырька в определении одиночного штырькового соединителя могут иметь разные радиусы.
Решающая программа рассчитывает напряжения по Мизесу для левой и правой сторон общего соединения. Программа сравнивает напряжения по Мизесу и выводит набор сил штырька (с левой или правой стороны), которые дают наибольшее напряжение по Мизесу.
Напряжение по Мизесу для сценария напряжения общей плоскости определяется следующим образом:
, 
, 
, 
Для проверки безопасности штырькового соединителя программа выбирает соединение с максимальной суммарной нагрузкой, используя напряжение по Мизесу в качестве критерия запаса прочности штырька. См. также Справка SOLIDWORKS Simulation: Штырьковый соединитель — проверка безопасности