如图所示问题，一密闭压力容器，材料为结构钢，内部压力为1MPa，由8颗螺栓锁死，螺栓预紧力为10KN，中间密封垫圈材料为石墨。试通过模拟评估螺栓的锁紧力是否足够而不发生泄漏。

因为该问题的几何为轴对称，故可考虑采用轴对称模型求解也减少计算时长。

一、模型简化与预处理

将模型简化为八分之一，在Spaceclaim中打开：

使用Prepare -->imprint命令生成螺栓头和螺母与上下盖配合的接触面：

使用split body命令，将螺栓的头部和尾部去除：

生成梁(Beam)来代替螺栓，用两种方法：

1.  使用Prepare --> Profile --> Extract命令，选择刚才处理好的螺栓本体，软件自动生成Beam。

   

   
   

2. 进入草绘模式，绘制一条通过螺栓的直线，然后使用Prepare --> Profile，在下拉菜单中选择圆形截面，然后选择新建截面，点选直线的起点和终点，生成Beam。

   
   

   

   
   

   

后将螺栓和螺母supress掉，删除参考曲线。

至此，在Spaceclaim中的预处理全部完成，可以导入到分析模块。

二、轴对称设置

在分析模块中打开几何，注意到螺栓孔中间的轴是一个线本体(line body）。

建立轴对称区1，先选择侧边一个面建立本地坐标系：

插入轴对称，选择侧边两个面为参考面，选择之前建立好的本体坐标是，将对称法线方向设为z轴（圆周方向）。

重复同样步骤，在另一侧建立对称区。

三、接触设置：

1、螺栓接触设置，选择Beam的上端点为Contact，选择之前用imprint命令生成的接触面为Traget，接触类型为Bonded, Formulation为MPC，Contraint Type为Distributed, all direction，打开pinball半径，确保数值可以包括imprint的接触面。

用同样的配置生成底部的螺栓接触。

2、建立上盖和石墨垫圈的接触，选择摩擦接触，摩擦系数为0.2，其余参数默认。

3、建立容器和石墨垫圈的接触，同样选择摩擦接触，摩擦系数为0.2，其余参数默认。

四、分析步设置：

设立两个分析步，步为施加螺栓预紧力，第二步为施加压力。打开自动时间步和大变形。

五、边界条件设置：

1、设置螺栓预紧力，选择之前的梁为几何，预紧力的箭头应该出现在直线的中点。在个分析步中设置预紧力大小为10KN，记得将第二分析步选择Lock。

2、在容器内部和盖子上施加1MPa的压力。注意施加在第二分析步，步压力为零。

3、设置容器底部为固定面。

六、模拟结果

可以选择阵列这八分之一的扇形来表示整体，方法如下：

1、选择任意圆柱面，新建本地坐标系，确保z轴在轴线方向：

2、在对称设置中，选择极坐标类型，重复8次，角度为45°以形成360°闭环。

设置完后显示结果如下：

变形情况：

应力情况：

接触面状态：

可以很明显看到由螺栓局部应力形成的“应力锥”，在螺栓附近的面都是接触的，但是远离螺栓的面没有闭合，是Near的状态

接触面间隙：

同样可以看出相邻螺栓之间还有存在间隙的情况。

将预紧力增大到15KN，重新模拟结果如下，还是存在间隙的情况。

综上所述，该设计不能完全密封1MPa的压力容器，需要增大螺栓的直径来增大“应力锥”的范围达到完全密封。