SOLIDWORKS Simulation – Bolt Connector

Article de Irfan Zardadkhan, PhD, CSWE mis à jour le 27 janvier 2015

Article

Un boulon peut relier deux composants, plusieurs composants ou un composant et la terre. Vous pouvez définir des boulons par le biais d'un empilement mixte de solides, de coques et de corps en tôle. Vous pouvez également définir un boulon en sélectionnant des entités du même composant.

SolidWorks Simulation utilise un élément poutre pour représenter la tige du boulon et des éléments de barre rigide pour relier la poutre aux brides. Il simule la précharge du boulon à l'aide de la dilatation/contraction thermique. Le calcul de la dilatation/contraction thermique est effectué automatiquement par le solveur.

boulon c1

La simulation des connecteurs à boulons implique la création interne de liens rigides, ce qui peut entraîner des résultats inexacts, en particulier des résultats de contrainte, dans les zones de boulons. L'erreur diminue en s'éloignant des zones de boulons. Le niveau de précision est beaucoup plus élevé pour le calcul des forces dans les zones des boulons. Par conséquent, on s'attend toujours à ce que les contraintes à proximité des boulons ne soient pas prises pour argent comptant.

Le connecteur du boulon est défini par un élément de poutre qui n'a pas de résistance au couple parce que le degré de liberté de rotation axiale est libéré. Ceci est cohérent avec le modèle physique. En réalité, le glissement entre les pièces de liaison est contré par la force de frottement fournie par la force de serrage (précharge).

En outre, il est important de noter que la poutre utilisée entre les deux extrémités ne résiste qu'à la traction (pas de résistance à la force de compression). En fait, cette caractéristique est la raison pour laquelle le problème devient non linéaire (en l'absence de toute autre non-linéarité) et simule un comportement de contact (mais dans la direction opposée au contact sans pénétration en raison de la caractéristique de résistance à la tension de la poutre). C'est pourquoi le problème doit passer par des itérations et devient par la suite plus lent (en l'absence de toute autre non-linéarité telle que des contacts réels définis entre les pièces).

Le nombre de barres rigides créées pour le connecteur dépend du type de connecteur et du maillage créé.

Pour un boulon à ajustement libre: De chaque côté du boulon modélisé, le nombre de barres rigides est égal au nombre de nœuds sur la face en contact avec l'écrou et la tête de la vis respectivement. Par conséquent, il ne peut être déterminé qu'après le maillage du modèle.

Pour le boulon à ajustement serré: En plus des éléments de barres rigides générés pour les boulons non serrés, le programme génère les éléments de barres rigides entre les nœuds des surfaces cylindriques en contact avec la tige de la vis et le nœud d'où part la disposition des araignées.

boulon c2

La précharge des boulons dans SolidWorks Simulation peut être calculée à partir d'une force axiale définie ou d'une combinaison de couple et de coefficient de couple. Cette combinaison permet de calculer une force de traction.

Dans les études statiques, la définition des boulons induit deux passages successifs de l'analyse :

  1. La valeur de précharge définie est utilisée pour précontraindre les boulons d'assemblage. L'analyse est exécutée sans aucune autre charge appliquée. Ensuite, les forces de traction dans les boulons sont obtenues et comparées aux valeurs de précharge pour chaque boulon.
  2. Sur la base de la différence entre les forces de traction dans les boulons et les valeurs de précharge saisies pour chaque boulon, une nouvelle valeur de précharge ajustée est calculée en interne de sorte que, lorsqu'elle est utilisée dans un nouveau cycle similaire, les nouvelles forces de traction obtenues dans chaque boulon correspondent à la précharge initialement souhaitée.
  3. L'analyse est exécutée une nouvelle fois avec toutes les charges et la précharge ajustée en interne pour chaque connecteur de boulon.

D'un point de vue absolument rigoureux, la précharge ne doit pas être ajustée sur la base d'un premier essai sans aucune charge. En fait, certaines charges auraient pu être présentes lorsque les boulons ont été serrés et elles devraient être incluses dans le premier essai. Ces charges comprennent généralement la gravité, mais peuvent également inclure toutes les charges représentant l'état de contrainte qui était présent lorsque les boulons ont été serrés : il peut s'agir de forces, de pressions, de charges thermiques, de précharges de ressorts, etc. Il n'est actuellement pas possible de sélectionner les charges à inclure.

Dans l'analyse non linéaire, la précharge est résolue au cours du premier pas de temps de l'analyse, et sa valeur est prise telle quelle et n'est jamais ajustée par le programme.

Le boulon est soumis à la même température de référence à contrainte nulle que le reste de l'assemblage (T0), définie dans l'onglet Effets thermiques/flux de l'étude statique de la boîte de dialogue Propriétés. Pour calculer la dilatation ou la contraction thermique du boulon, on suppose une distribution uniforme de la température pour l'ensemble du boulon (T). Si l'option d'ajustement serré n'est pas sélectionnée, la température du boulon est obtenue en faisant la moyenne des températures des surfaces de contact de la tête et de l'écrou. Si la condition d'ajustement serré est activée, la température de la surface du trou cylindrique
est également prise en compte pour le calcul de la température du boulon. Comme la tige du connecteur de boulon est modélisée comme un élément de poutre, le connecteur de boulon ne peut se dilater ou se contracter que dans la direction axiale (et non radiale).

La mise en œuvre de l'option Série de boulons sur la plaque centrale pour les connecteurs de boulons est similaire à celle de l'option Ajustement serré. Le programme crée des barres rigides (bleu clair) pour relier la tige du boulon aux nœuds de la face cylindrique de la plaque centrale (rouge), comme illustré ci-dessous. La conséquence est que la face cylindrique du composant central est alors rigide. Elle ne se comprimera pas et
et ne présentera de contrainte que sur les nœuds appartenant aux deux bords circulaires.

boulon c3

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Irfan Zardadkhan, PhD, CSWE

Irfan est titulaire d'un doctorat en ingénierie aérospatiale et est AE Elite. Il contribue régulièrement aux blogs techniques SIMULATION et COMPOSER. Il a remporté le prix TenLinks Top blogger pour SOLIDWORKS. Il a fait des présentations à des groupes d'utilisateurs locaux et au salon SOLIDWORKS World.