螺栓连接分析 — CAE术语解说

螺栓分析的关键是"预紧力（初始拧紧力）的再现"。螺栓拧紧后会产生轴向力，对被连接体进行压缩——如果不在有限元分析中输入这个初始应力状态，就无法正确评估动载荷或热载荷下的松动和疲劳问题。

典型的方法是使用预紧力单元（在Ansys Mechanical中称为Bolt Pretension Load）。虚拟地切割螺栓轴的断面，对该切割面施加指定的力（或位移）。例如，当M10螺栓以50Nm拧紧时产生的轴力（约15kN），就将其输入到切割面中。

这是必需的。被连接体的法兰面应以"摩擦接触"设置为基础。接触对中输入摩擦系数（铁-铁约为$\mu \approx 0.15$）。在初始应力状态下，接触面是"张开（分离）"还是"闭合"是评估的要点，当外载荷增加时接触面张开会导致密封性失效——这是法兰设计中的重要评估项。

有典型的三步解析方法。第1步：施加预紧力（螺栓拧紧）→第2步：固定预紧力+添加载荷（压力、热等）→第3步：疲劳载荷循环。在每个步骤中检查接触状态和应力。发动机汽缸盖螺栓和压力容器法兰通常采用这种方法。

完全正确。实务中常见的错误是"用扭矩管理而非力管理输入预紧力时，用拧紧系数K的扭矩-力换算出错"的情况。要准确使用换算公式$F = T/(K \cdot d)$。