Cara Memodelkan Prategangan Baut di Abaqus: Alur Kerja TERAPKAN dan PERBAIKI

Pengarang: Johnny Liu, CEO di Dowway Vehicle

Diterbitkan: 2 Juli 2026

Kategori: Analisis Struktur / Metode Elemen Hingga (FEM) / Teknik Otomotif

Ringkasan Singkat

• MekanismeAbaqus memotong batang baut dan menarik simpul di kedua sisinya bersama-sama untuk memperpendek baut. Program ini tidak hanya menerapkan gaya tarik.
• PengaturanGunakan *Beban Baut, TERAPKAN untuk menarik baut pada awalnya. Beralih ke *Beban Baut, TETAPKAN untuk mengunci panjangnya untuk semua langkah pembebanan selanjutnya.
• Jebakan IntiSetiap langkah baru akan mengatur ulang pengaturan baut Anda karena op=NEW. Anda harus mencantumkan setiap baut dan mengaturnya ke FIX di setiap langkah berikutnya, atau baut Anda akan kehilangan ketegangannya.
• Praktik TerbaikGunakan proses tiga langkah. Langkah 1 menerapkan beban, Langkah 2 mengunci baut tanpa gaya lain agar model dapat stabil, dan Langkah 3 menambahkan beban kerja Anda.

Jebakan “Reset Preload” dalam FEA

Ketika saya pertama kali mulai mensimulasikan sambungan baut dan segel bertekanan tinggi di Dowway Vehicle, saya mengalami masalah yang membuat frustrasi. Saya akan menyiapkan model saya, menerapkan beban awal baut, dan menjalankan pekerjaan tersebut. Tetapi begitu beban kerja dimulai pada langkah berikutnya, gaya baut menjadi tidak terkendali atau turun menjadi nol.

Saya menghabiskan berjam-jam memeriksa parameter material, bereksperimen dengan kekakuan kontak, dan melakukan remeshing. Akhirnya, saya menemukan masalahnya: Saya lupa mengunci pergeseran baut dengan perintah FIX pada langkah-langkah selanjutnya.

Panduan ini membahas cara kerja prategangan baut di balik layar pada Abaqus, menguraikan alur kerja tiga langkah yang andal, menjelaskan kata kunci INP, dan menjalankan contoh pengaturan penyegelan flensa di dunia nyata sehingga Anda dapat menghindari masalah ini.

1. Bagaimana Abaqus Menangani Beban Baut

Kesalahan umum adalah mengira Abaqus menerapkan prategangan baut hanya dengan memberikan gaya yang sama dan berlawanan pada ujung baut. Padahal, solver sebenarnya melakukan sesuatu yang lain.

Abaqus membutuhkan Anda untuk mendefinisikan sebuah Penampang Melintang Baut (bidang potong) di dalam batang baut. Kemudian, solver memotong batang baut pada bidang ini dan menarik simpul di kedua sisi menjadi satu. Hal ini memperpendek baut untuk menghasilkan tegangan.

      [ Bolt Head ]
          |
    +—–+—–+  <- Penampang Melintang Baut (Bidang Potong)
    |  Node A   | 
    |    | (Node saling menarik satu sama lain)
    |    v      | 
    |    ^      | 
    |    |      | 
    |  Node B   | 
    +—–+—–+
          |
      [ Bolt Nut ]

Karena pengaturan ini, Anda harus memberi tahu solver apa yang harus dilakukan dengan panjang yang dipersingkat ini pada langkah selanjutnya. Jika Anda tidak mengubah pengaturannya, Abaqus akan terus mencoba mengontrol gaya secara langsung. Hal ini menyebabkan baut berperilaku tidak wajar ketika beban eksternal mengubah bentuk struktur. Itulah mengapa kita harus beralih dari APPLY ke FIX.

2. Dua Pengaturan: TERAPKAN vs. PERBAIKI

Abaqus menggunakan dua perintah utama untuk mengontrol beban baut Anda selama penembakan:

Memerintah	Cara Kerjanya	Perilaku Fisik	Kapan Menggunakannya
MENERAPKAN	Kontrol Gaya	Abaqus menarik baut hingga tegangan sesuai dengan nilai target Anda.	Langkah Kepura-puraan (Langkah pertama di mana Anda mengencangkan baut).
MEMPERBAIKI	Kontrol Perpindahan	Abaqus mengunci pemendekan baut pada nilai saat ini. Panjang baut tetap konstan.	Langkah Selanjutnya (Saat menambahkan beban kerja, tekanan, atau panas).

Bahaya op=BARU

Perlu diingat bahwa Abaqus menggunakan op=NEW untuk pemuatan di langkah baru. Setiap kali langkah baru dimulai, Abaqus menghapus semua pengaturan beban baut sebelumnya..

Jika Anda memiliki sekelompok baut, Anda harus mencantumkan setiap baut Pada setiap langkah baru, atur ke FIX. Jika Anda melewatkan satu baut pun pada langkah penekanan, baut tersebut akan kehilangan tegangan awalnya. Baut tersebut akan menjadi benar-benar longgar, yang merusak hasil tegangan kontak dan menyebabkan kesalahan konvergensi.

3. Studi Kasus Langkah demi Langkah: Sambungan Flensa & Penyegelan Gasket

Mari kita perhatikan rakitan flensa pipa standar dengan 4 baut. Kita akan menerapkan prategangan baut terlebih dahulu, kemudian menambahkan tekanan internal.

                  [ 5 MPa Internal Pressure ]
                            | |
                            vv
            +———————————–+
            |            Flensa Atas           |
            +—+—+——————-+—+—+
                |   | [Soft Gasket]    |   |
                | B |  ================ | B |
                | o |                 | o |
                | l |  ================ | l |
                | t | [Soft Gasket]    | t |
            +—+—+——————-+—+—+
            |            Flensa Bawah           |
            +———————————–+
                            ^ ^
                    (Garis Putus-putus Merah = Bagian Baut)

Spesifikasi Model

• Bahan Flensa (Baja Karbon Q345):

• Modulus Young: ()
• Rasio Poisson:
• Bahan Baut (Baja Paduan 40Cr):

• Ukuran: , Kelas 8.8
• Modulus Young: ()
• Rasio Poisson:
• Pramuat: per baut (kira-kira) torsi)
• Bahan Gasket (Baja Lunak Ringan):
• Interaksi: Dimodelkan menggunakan Kontak Lunak (penutupan berlebih eksponensial) untuk melacak kinerja penyegelan.
• Beban Kerja:
• Tekanan Internal: pada dinding bagian dalam dan permukaan flensa.

Pra-pemrosesan di Abaqus/CAE

Langkah 0: Membagi Batang Baut

Anda tidak dapat menerapkan beban baut pada silinder 3D mentah. Anda memerlukan bidang potong 2D.

1. Buka Bagian modul.
2. Klik Peralatan Partisi Menghadapi Gunakan Bidang Datum.
3. Tempatkan bidang acuan melalui bagian tengah batang baut, sejajar dengan permukaan flensa.
4. Potong tangkainya dengan alat ini. Permukaan melingkar ini adalah milik Anda. Penampang Melintang Baut.

Langkah 1: Mengatur Beban Baut di GUI

1. Buka Memuat modul Buat Muatan memilih Beban baut.
2. Untuk Wilayah, pilih yang baru permukaan partisi melingkar di dalam tangkai (jangan memilih seluruh baut 3D).
3. Atur Besarnya hingga 50000 (dengan asumsi sistem satuan Anda adalah , , ).
4. Abaqus menghitung Diameter baut dari geometri permukaan secara otomatis.
5. Lakukan ini untuk keempat baut. Gunakan nama yang rapi seperti BoltLoad-1, BoltLoad-2, BoltLoad-3, dan BoltLoad-4.

Rencana Analisis Tiga Langkah

Jangan mencoba memadatkan semuanya menjadi dua langkah. Menambahkan langkah perantara yang tenang membuat model jauh lebih stabil dan mencegah kesalahan kontak.

+——————————————————————————-+
|   Langkah 1: Langkah Prategangan     –>   Langkah 2: Langkah Penguncian (Tanpa Beban) –> Langkah 3: Langkah Beban Kerja |
|   Semua baut: TERAPKAN (50 kN)         Semua baut: PASANG                   Semua baut: PASANG           |
|   Flensa terkompresi.               Sistem mengendap di bawah beban awal murni. Tekanan 5 MPa diterapkan.
+——————————————————————————-+

• Langkah 1: Langkah Kepura-puraan (Pretension)
• Apa yang terjadi?Keempat baut tersebut diatur untuk DITERAPKAN pada . Flensa tersebut menekan gasket untuk menciptakan kontak awal.
• Langkah 2: Penguncian & Keseimbangan (Perbaiki Ketegangan Awal)
• Apa yang terjadi?Semua 4 baut beralih ke posisi TETAP.. Jangan menambahkan muatan lain dulu. Sistem akan stabil di bawah beban awal murni. Abaqus menghitung tekanan awal pada gasket dan tekanan kontak. Jika Anda melewatkan langkah ini dan langsung menerapkan tekanan, solver harus menangani pengaturan kontak dan beban kerja tinggi secara bersamaan, yang seringkali menyebabkan proses berjalan gagal.
• Langkah 3: Langkah Beban Kerja (WorkLoad_InternalPressure)
• Apa yang terjadi?Keempat baut tetap terpasang. Kami menerapkan Tekanan internal. Tekanan tersebut berusaha mendorong flensa agar terpisah. Karena panjang baut terkunci, tegangan sebenarnya pada baut akan berubah berdasarkan seberapa banyak flensa meregang.

4. Struktur Kata Kunci INP

Berikut sintaks INP yang benar untuk ketiga langkah tersebut. Perhatikan bagaimana kita mencantumkan setiap baut dengan op=NEW di setiap langkah.

Langkah 1: Terapkan Beban Awal Baut

*Langkah, nama=Pretensi, nlgeom=YA
*Statis
0.1, 1., 1e-05, 0.1
** Tentukan beban baut awal menggunakan TERAPKAN
*Muatan Baut, op=BARU
BoltLoad-1, TERAPKAN, 50000.
BoltLoad-2, TERAPKAN, 50000.
BoltLoad-3, TERAPKAN, 50000.
BoltLoad-4, TERAPKAN, 50000.
*Output, bidang
*Output Node
U, RF
*Output Elemen
S, MISES, PEEQ
*Langkah Akhir

Langkah 2: Kunci Beban Awal (Biarkan Model Stabil)

*Langkah, nama=Perbaiki_Pretensi, nlgeom=YA
*Statis
0.1, 1., 1e-05, 0.1
** Ubah semua beban baut menjadi TETAP.
** op=NEW menghapus langkah-langkah sebelumnya dan mendefinisikannya kembali.
*Muatan Baut, op=BARU
BoltLoad-1, PERBAIKAN
BoltLoad-2, PERBAIKAN
BoltLoad-3, PERBAIKAN
BoltLoad-4, PERBAIKAN
** Tidak ada beban eksternal yang ditambahkan di sini agar kontak tetap stabil.
*Langkah Akhir

Langkah 3: Berikan Tekanan 5 MPa

*Langkah, nama=Tekanan_Internal_Beban_Kerja, nlgeom=YA
*Statis
0.1, 1., 1e-05, 0.1
** Semua baut harus tetap terpasang pada posisi FIX
*Muatan Baut, op=BARU
BoltLoad-1, PERBAIKAN
BoltLoad-2, PERBAIKAN
BoltLoad-3, PERBAIKAN
BoltLoad-4, PERBAIKAN
** Berikan tekanan 5 MPa pada permukaan bagian dalam dan permukaan ujung
*Unduh
Permukaan Dinding Dalam, P, 5.
Permukaan Ujung Flensa, P, 5.
*Output, bidang
*Output Node
U, RF
*Output Elemen
S, MISES, CPRESS
*Langkah Akhir

5. Pasca-Pemrosesan: Membaca Gaya Baut Anda

Setelah pekerjaan berjalan sukses, Anda perlu memeriksa kinerja baut. Berikut adalah dua cara terbaik untuk melakukannya:

Metode 1: Output Riwayat Beban Baut (BFORCEU1)

Untuk mendapatkan kurva gaya yang bersih seiring waktu, mintalah output riwayat pada file input Anda:

*Output, riwayat
*Output Beban Baut
BoltLoad-1, BoltLoad-2, BoltLoad-3, BoltLoad-4

• Variabel: Cari BFORCEU1 (gaya searah sumbu baut).
• Di mana menemukannya?: Pergi ke Visualisasi Data XY Output Riwayat ODB dan plot gaya yang terjadi selama ketiga langkah tersebut.

Metode 2: Potongan Tubuh Bebas (FBC)

Jika Anda belum mengatur output riwayat sebelum menjalankannya:

1. Buka model Anda di Visualisasi modul.
2. Klik Peralatan Potongan Tubuh Bebas Membuat.
3. Pilih bidang partisi penampang baut Anda.
4. Abaqus menjumlahkan gaya-gaya pada bidang potong dan menampilkan vektor gaya total. Ini adalah cara yang bagus untuk memeriksa ulang nilai BFORCEU1 Anda.

6. Memahami Fisika: 3 Fenomena Penyegelan

Dengan mengamati gaya baut dan tekanan paking pada setiap anak tangga, terungkap tiga perilaku fisik utama:

Gaya & Tekanan
  ^
  |                             /—[Bolt Force (BFORCEU1)]
  |                    /———/
  |          /———-/  (Kunci)    \===[Gasket Contact Pressure (CPRESS)]
  |         / (Terapkan)               \___
  |        /
  +——-+————–+———+———>Waktu/Langkah
        Langkah 1         Langkah 2     Langkah 3
      (Pretensi)     (Penguncian) (Tekanan yang Diberikan)

1. Kekuatan Baut Meningkat Setelah Tekanan

Di bawah tekanan 5 MPa, fluida mencoba mendorong flensa agar terpisah. Karena panjang baut terkunci (tetap), pemisahan ini meregangkan baut lebih jauh. Hal ini menyebabkan gaya kerja sebenarnya dari baut untuk naik melewati beban awal 50 kN.

• TipJika gaya baut Anda menurun di sini, periksa arah tekanan Anda—Anda mungkin telah menerapkan hisapan alih-alih tekanan.

2. Lengkungan Flensa Menyebabkan Tekanan Kontak Tidak Merata (CPRESS)

Dengan memetakan tekanan kontak di sepanjang gasket, terlihat tekanan tinggi di dekat lubang baut dan tekanan rendah di sepanjang tepi dalam dan luar. Hal ini terjadi karena flensa sedikit melengkung di bawah beban.

• TipJika tekanan kontak Anda terlihat sangat seragam, kemungkinan flensa Anda dimodelkan terlalu kaku, yang menghasilkan hasil penyegelan yang tidak realistis.

3. Memeriksa Kebocoran (CPRESS vs. Tekanan Fluida)

Saat tekanan diterapkan pada Langkah 3, tekanan gasket akan turun. Untuk mencegah kebocoran, pastikan:

Di mana adalah tekanan internal (), Dan adalah koefisien tekanan kontak sisa (biasanya ke (tergantung pada jenis cairan dan standar industri). Jika tekanan kontak minimum Anda turun di bawah batas ini, segel akan bocor.

7. Daftar Periksa Pemecahan Masalah: Kesalahan Umum

Jika model Anda mengalami crash atau menampilkan hasil yang aneh, coba periksa daftar singkat ini:

1. Gaya Baut Turun Menjadi Nol pada Langkah 3

• Apa yang salah?Anda menggunakan op=NEW pada Langkah 3 tetapi tidak mencantumkan baut Anda dengan FIX. Pemecah masalah menganggap baut tersebut bebas.
• Cara memperbaikinyaPastikan setiap baut dideklarasikan di bawah *Beban Baut, op=BARU dengan PERBAIKAN pada Langkah 3.

2. Kesalahan “Area beban baut harus berupa satu sisi”

• Apa yang salah?Anda memilih seluruh badan baut 3D, bukan bidang partisi 2D.
• Cara memperbaikinyaPisahkan tangkai dan pilih hanya permukaan melingkar bagian dalamnya.

3. Ketidaksesuaian Satuan

• Apa yang salah?Nilai gaya atau tegangan yang Anda masukkan sangat salah (misalnya, memasukkan 50, bukan 50000 untuk model dalam satuan mm dan N).
• Cara memperbaikinya: Gunakan satu sistem satuan yang sama. Untuk mm-N-MPa:

• Panjang:
• Memaksa:
• Menekankan:
• Pramuat: 50000 (untuk )
• Tekanan Internal: 5 (untuk )

4. Kesalahan Penetrasi atau Konvergensi Instan pada Langkah 1

• Apa yang salah?Anda menerapkan pra-muat sebelum kontak sepenuhnya terjalin.
• Cara memperbaikinyaPeriksa pengaturan kontak Anda. Gunakan penyesuaian awal kecil atau langkah interferensi untuk menstabilkan keadaan sebelum beban awal mulai bekerja.

8. Tanya Jawab Singkat

Q1: Bisakah saya menerapkan torsi secara langsung di Abaqus, bukan melalui Beban Baut?

Tidak, torsi sangat sensitif terhadap gesekan ulir. Cara standar adalah dengan mengkonversi torsi () untuk ketegangan () menggunakan:

Di mana adalah torsi (), adalah diameter nominal (), Dan adalah koefisien torsi (biasanya sekitar ). Terapkan gaya resultan () menggunakan fitur Beban Baut.

Q2: Apa yang terjadi jika saya membiarkan baut tetap pada posisi TERAPKAN selama langkah pembebanan kerja?

Baut akan bertindak seperti beban konstan yang menarik sambungan. Beban akan tetap tepat 50 kN dan tidak akan meregang secara alami seiring deformasi flensa. Hal ini menyebabkan perkiraan tegangan baut yang kurang tepat dan perkiraan pemisahan sambungan yang berlebihan.

Q3: Bagaimana cara saya menangani rangkaian pengencangan baut yang kompleks dan melibatkan banyak baut?

Pisahkan langkah prategangan Anda menjadi sub-langkah berurutan. Misalnya, terapkan prategangan pada Baut 1 dan 3 di Langkah 1a, kunci keduanya di Langkah 1b sambil menerapkan prategangan pada Baut 2 dan 4, lalu kunci semuanya di Langkah 1c. Ini mencerminkan relaksasi elastis di dunia nyata.

Tentang Penulis

Johnny Liu adalah CEO di Kendaraan Dowway. Dengan pengalaman lebih dari 15 tahun dalam integrasi sistem penggerak otomotif dan desain sasis, Johnny berfokus pada dinamika sambungan, kelelahan struktural, dan optimalisasi penyegelan tekanan tinggi di lingkungan yang menuntut.