螺栓的预载为什么一定要分成两步

在ANSYS中，使用Bolt pretension 可以施加一个螺栓预载荷，螺栓预载荷这种加载方式对我们的螺栓连接计算来说非常便利。

对于螺栓连接计算来说，我们需要计算的情景一般都是既有螺栓连接，又有其它载荷。比如压力容器端盖，其使用螺栓连接，端盖既受到螺栓的预紧力，又受到气体压力，这两种载荷同时作用。那么，两种载荷如果放在同一个载荷步中加载，结果是否正确呢，还是需要分成两步，先加载螺栓载荷，再加载压力载荷？

笔者已经不止一次在碰到带有螺栓预载荷的受力分析时发现因为载荷加载错误而出现错误结果，所以对螺栓载荷加载的理解非常重要。

下面我们就对于这个问题进行探讨并介绍ANSYS里面的螺栓预载荷的各种参数。

首先，我们先考虑实际的螺栓连接情况，螺栓连接两块铁板，由于螺栓预拉力，铁板会被压缩L1（假设板被均匀压缩）, 为了提供这个预拉力，螺栓本身也会伸长，设为L2， 那最终以下面黄色板为参考面，螺栓端部向下的变形量为L1+L2.

这个过程我们也可以分成三部分，如下图，图1为自由状态，此时无内应力，图2为有一个压力F预先将板压缩L1, 此时螺栓端部已经向下移动L1， 到图3第三步，将螺母拧紧，拧到螺栓伸长L2时螺栓拉力为F, 此时撤去预先加在铁板上的力F, 各部分达到平衡。F即为螺栓预紧力。我们可以看到，L1和L2的比值就是铁板和螺栓刚度比值。根据公式σ=Eε à F/A=E*ΔL/L，如果螺栓材料和板材的弹性模量E一样的话，比值就是两个的面积A之比。

 

此时，这边的L1+L2就是Adjustment的值, 需要注意的是，我们螺栓的绝对伸长量只有L2，实际中，我们的螺母是沿着螺栓运动的，而在FEA中，螺母是不动的。这就导致FEA中有个adjustment的概念，adjustment的距离包含铁板的变形为L1+L2，在我们螺栓按照adjustment作为加载的时候, 必须要注意。同样的，我们在后处理中读到的adjustment用来校核螺栓应力时也需要注意去除不起作用的L1的数值。

上面我们说的是实际螺栓的情况，那么ANSYS里面是如何处理的呢？