W działalności konstrukcyjnej często występują połączenia śrubowe. Słuszność doboru właściwych elementów złącznych, wyboru konkretnego rodzaju połączenia śrubowego czy w ogóle zastosowania go czy nie, jest tematem zupełnie innych rozważań. My skupimy się na nich w kontekście analiz MES.
Aby przeanalizować różne podejście do obliczeń wzięliśmy "na warsztat" modelowe połączenie dwóch płaskich elementów metalowych skręconych czterema śrubami.

Jakie to śruby i jak zostały dobrane to temat osobny. My skupimy się na sposobie ich aplikowania w modelu MES.
Założenie do obliczeń było takie, że jedna blacha jest na końcu przymocowana "na sztywno" (odebrane 6 stopni swobody), druga natomiast jest po prostu ciągnięta.
Skupiliśmy się na trzech przypadkach

1. Analiza gdzie śruba traktowana jest jako element łączący powierzchnie blach (na wynikach oznaczona jako 1)
2. Analiza jak wyżej z dodatkowo uwzględnionymi kontaktami pomiędzy blachami. (oznaczona jako 2
3. Analiza z zastosowaniem kontaktów oraz naciągu wstępnego śrub wynikającego z ich dokręcania zadanym momentem (oznaczona jako 3)

No i trzy obrazki porównania tego co się udało uzyskać. Oczywiście na pierwszy rzut oka widać, że postać odkształcenia jest bardzo podobna. Odkształcenia na przedstawionych wynikach są naturalnie przeskalowane, tak aby były zauważalne. W rzeczywistości jest to maksymalnie kilka dziesiątych milimetra.

Mapa naprężeń jest natomiast różna, wyraźnie widać jaki wpływ na wartości mają dodawane w przypadku 2 i 3 dodatkowe parametry. W drugim przypadku blachy nie mogą się przenikać (zastosowanie kontaktów), ale mogą się przesuwać względem siebie gdyż śruby nie są napięte. W trzecim napięcie śrub powoduje powstanie tarcia, które uniemożliwia przemieszczenie się elementów względem siebie.

Trzeci przypadek jest najbardziej zbliżony do warunków rzeczywistych. Dlaczego zatem nie stosować go w każdym wypadku? Niestety wymaga on najwięcej pracy oraz dużo dłuższych obliczeń. W stosunku do przypadku pierwszego (najprostszego) uzyskanie wyników za pomocą metody z naciągiem śrub trwa kilkanaście razy dłużej. Nie ma tu ścisłej reguły, gdyż na czas ma wpływ również wiele innych czynników. Tak czy owak - jak to zwykle bywa - wyższa jakość wyników = dłuższy czas analizy.

Powyższe nie oznacza również, że metoda uproszczona jest niewłaściwa. Każda metoda jest dobra. Trzeba jedynie znać jej właściwości i wiedzieć jakie wyniki się otrzymuje.

Jak mawia stare porzekadło MES-owców: "Jakieś wyniki otrzymamy zawsze". No właśnie! "Jakieś" to chyba kluczowe słowo.