基于ABAQUS有限元软件的双轴连接结构仿真模型创建过程

随着现代工程应用的发展，连接件结构在复杂载荷条件下的性能分析愈发受到关注。特别是在现实工况中，紧固件（如螺栓）周围往往呈现出多轴多向受力状态，与传统的单轴单向受力分析模式存在显著差异。本文以ABAQUS有限元分析软件为平台，对一个典型的搭接结构——十字形连接件进行双向拉伸仿真分析，旨在深入理解在复杂载荷作用下紧固件周围的应力分布特点，促进工程设计的优化与创新。

1. 三维实体模型的构建与特性设定


1.1 工作目录与实体模型创建

创建工作目录：为仿真工作的后续文件管理与结果处理提供便利。目录路径设置为 F:\Biaxial\_FEM。

创建实体拉伸部件：建立用于仿真分析的主要部件结构——L形板模型。通过使用三维可变形模型、实体拉伸方式完成基本尺寸定义，并通过多段线、约束设置等方法确保模型的几何精确性。

1.2 强度槽与精细切分




为了确保双向拉伸状态最准确的模拟，增加传力槽来均匀分散应力集中于孔周边区域。同时，对区域进行精细切分，构建均匀结构网格，提高仿真精度与效率。

2. 力学参数与属性指定

针对L形板件的弹塑性特性，利用ABAQUS内置的材料属性库，设定杨氏模量、泊松比，以及特定温度条件下的应力应变关系，真实还原材料在拉伸过程中的非线性行为。特别地，考虑到螺栓属性的简化处理，避免复杂塑性分析。

3. 分析步设置与收敛分析

划分仿真过程为独立的步骤，包括螺栓孔的干涉配合模拟、预紧力施加过程等，通过增量分析步骤与迭代设置，保障模拟结果的稳定性与准确性，有效避免了因过早、过乱地加载而可能导致的计算非收敛问题。

4. 单元选取与网格划分

单元类型：采用20结点二次六面体减缩积分单元（C3D20R），此单元具有较高的精度，在保证模型详细特征的同时，降低了网格计算复杂度。

网格细化：通过合理分布计算种子点，对关键区域如孔边缘实现更精细的网格划分，确保应力集中区的准确分析。

5. 相互作用关系与外载施加

相互作用属性设置：定义切向摩擦与法向接触行为，使用Penalty方法计算切向摩擦力。

接触定义与干涉配合：明确表面对接触进行分类，设置接触耦合，同时定义合适的干涉配合，使仿真模型能准确反映实际结构中的相互作用。

外载施加与约束：施加预紧力与外载荷，确保仿真过程的逐步加载与受控，同时考虑可能的变形趋势与载荷传递路径。

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