Bolt preload (ボルト予荷重) | Boundary conditions

概要

Bolt preload (ボルト予荷重) 境界条件では、他の荷重境界条件がモデルに適用される前に、1つまたは複数の円柱体に軸力を加え、その結果生じる円柱の長さを固定します。この手法は、ボルト接合部の締め付けに関連する荷重と相互作用をモデル化するのに有効です。

以下の解析タイプでこの境界条件を使用できます。

• Static: 静的構造解析
• Dynamic: 動的構造解析
• Thermomechanical: 熱応力解析
• Frequency Analysis: 固有振動解析
• Harmonic: 周波数応答解析

設定項目

Bolt preload 境界条件の設定パネルを示します。

図1: Bolt preload (ボルト予荷重)境界条件の設定パネル

境界条件のパラメータは以下の通りです。

1. Force (力): 各ボルトに作用する予圧力。
2. Assigned faces (割り当て): 予圧力を受けるボルトのシャンクを表す円筒面。ここで設定する円筒面は、
   1. 連続面である必要があります。
   2. Bonded contact (ボンド接触) には割り当てられません。
   3. Physical contact (物理的接触) に割り当てることができます。

下図2を参照してください。

図2: Bolt preload (ボルト予荷重) 境界条件を適用するための面/面の割り当て。同じボルトに複数の面が割り当てられている場合、それらの面は無視されます。

ボルト予荷重の詳細

ボルト接合では、ボルトに加えられる締め付けトルクによって、ボルトと連結部品の両方に初期応力が生じます。この効果は、ボルトの予張力と呼ばれます。この応力状態は、部品が構造的機能を発揮し始める前に存在するため、すべての荷重が同時に発生して非線形な状況を作り出すと仮定するのは誤りです。

一方、この応力は、締め付けによる伸びに対して純粋なボルト内部の反作用によって生じるため、外力や外部からの作用によってモデル化することはできません。

図3: 2つの部品のボルト接合

SimScaleに実装された Bolt preload (ボルト予荷重) 境界条件は、Bolt force method として知られており、以下のように処理を行います。

1. モデルの準備: ボルトシャンクを半分に分割し、円柱の中央に2つの一致した円形面を作成します。
2. 予荷重ステップ1: 新しく作成された切断面に力を適用します。この力のみを使って構造シミュレーションを行い、その結果生じる切断面の変位を取得します。
3. 予荷重ステップ2: 得られた変位を切断面に適用し、その結果生じる切断面間の距離を剛接合で固定します。
4. 残りの荷重と、上記のステップでボルトの予荷重の効果を取り込んで修正したモデルを用いて構造解析に進みます。

最終更新日2022年4月14日