過盈配合是一種常見的裝配方式，那么過盈配合問題也是結(jié)構(gòu)計算中的一類比較常見的問題。在本實例中，如圖1所示，模型由兩個零件裝配組成，兩者存在過盈量，基于ANSYS Workbench的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊，使用直接接觸和接觸處理兩種方法，來對過盈配合進(jìn)行計算。

 圖1 過盈配合計算模型

我們首先使用直接接觸法，來處理過盈配合的問題。

(1)啟動ANSYS Workbench，加載Static Structural結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊。

(2)右鍵單擊A3單元格，選擇彈出菜單項Import Geometry→Browse...，彈出文件選擇對話框，選擇幾何模型文件ex1-7\ex1-7_直接接觸.stp。（案例文件下載地址見文章底部）

(3)雙擊A3單元格進(jìn)入SpaceClaim，首先檢查幾何模型。由于是使用直接接觸法進(jìn)行處理，則幾何模型裝配處理時，直接以兩個零件干涉的方式考慮了1mm的過盈量，如圖2所示。

圖2 模型初始干涉

(4)退出SpaceClaim，左鍵雙擊A4單元格，進(jìn)入結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊。

(5)本案例模型使用默認(rèn)材料，右鍵單擊模型樹節(jié)點Connections，選擇Insert→Manual Contact Region，新建一個接觸對，接觸類型選擇Frictionless，Target選擇右側(cè)零件的一個接觸面，如圖3所示。

圖3 目標(biāo)面設(shè)置

(6)Contact接觸面選擇左側(cè)零件的接觸面，如圖4所示。

圖4 接觸面設(shè)置

(7)單擊模型樹節(jié)點Mesh，在Details of Mesh中確定模型單元長度為4mm。

(8)右鍵單擊模型樹節(jié)點Mesh，單擊彈出菜單項Generate Mesh生成模型網(wǎng)格，如圖5所示。

圖5 模型網(wǎng)格劃分

(9)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural，使用Insert→Fixed Support添加一個固定約束，選擇左側(cè)零件的外部端面，如圖6所示。

圖6 左側(cè)固定約束

(10)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural，使用Insert→Fixed Support再添加一個固定約束，選擇右側(cè)零件的外部端面，如圖7所示。

 圖7 右側(cè)固定約束

(11)右鍵點擊模型樹節(jié)點Static Structural下的Solution，點擊Solve進(jìn)行計算。

(12)使用Solution→Insert→Deformation→Directional，需要去查看左側(cè)零件沿Z方向的變形，在Details of Directional Deformation中選擇左側(cè)零件作為Geometry對象，設(shè)定其方向為Z方向，如圖8示。

圖8 左側(cè)零件后處理設(shè)置

(13)同樣的方法，使用Solution→Insert→Deformation→Directional，在Details of Directional Deformation中選擇右側(cè)零件作為Geometry對象，也設(shè)定其方向為Z方向，如圖9所示。

圖9 右側(cè)零件后處理設(shè)置

(14)分別右鍵點擊模型樹節(jié)點的Directional Deformation與Directional Deformation2，選擇Evaluate All Results，得到左側(cè)零件在Z方向的變形云圖，如圖10所示，得到右側(cè)零件在Z方向的變形云圖，如圖11所示。兩個零件的變形就是由于過盈量引起的。兩者的變形量之和接近1mm，是與初始的干涉量，也就是過盈量是吻合的。

圖10 左側(cè)零件Z方向變形

圖11 右側(cè)零件Z方向變形

(15)查看兩個零件整體的變形情況，兩個零件由于過盈，在接觸面都承受擠壓，如圖12所示。

圖12 整體模型Z方向變形

直接接觸法需要我們在建模時，就需要考慮過盈量，以干涉的方式來處理裝配模型。當(dāng)然，我們也可以在建模時，不考慮過盈量，這就需要使用到接觸處理法。

(1)繼續(xù)在ANSYS Workbench中，再加載一個Static Structural結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊。

(2)右鍵單擊B3單元格，選擇彈出菜單項Import Geometry→Browse...，彈出文件選擇對話框，選擇幾何模型文件ex1-7\ex1-7_接觸處理.stp。

(3)雙擊B3單元格進(jìn)入SpaceClaim，首先檢查幾何模型。這個裝配模型中就沒有考慮初始的過盈量，如圖13所示。

圖13 模型不考慮初始干涉

(4)退出SpaceClaim，左鍵雙擊B4單元格，進(jìn)入結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊。

(5)本案例模型使用默認(rèn)材料，右鍵單擊模型樹節(jié)點Connections，選擇Insert→Manual Contact Region，新建一個接觸對，接觸類型選擇Frictionless，Target選擇右側(cè)零件的一個接觸面，Contact接觸面選擇左側(cè)零件的接觸面，如圖14所示。

圖14 接觸對設(shè)置

(6)在Details of Frictionless-Component1\1 To Component2\2中，設(shè)定Offset為1mm，也就是這個接觸對的過盈量為1mm，如圖15所示。

圖15 接觸對過盈量設(shè)置

(7)單擊模型樹節(jié)點Mesh，在Details of Mesh中確定模型單元長度為4mm。

(8)右鍵單擊模型樹節(jié)點Mesh，單擊彈出菜單項Generate Mesh生成模型網(wǎng)格，如圖16所示。

圖16  模型網(wǎng)格劃分

(9)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural，使用Insert→Fixed Support添加一個固定約束，選擇左側(cè)零件的外部端面，如圖17所示。

圖17 左側(cè)固定約束

(10)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural，使用Insert→Fixed Support再添加一個固定約束，選擇右側(cè)零件的外部端面，如圖18所示。

圖18 右側(cè)固定約束

(11)右鍵點擊模型樹節(jié)點Static Structural下的Solution，點擊Solve進(jìn)行計算。

(12)使用Solution→Insert→Deformation→Directional，需要去查看左側(cè)零件沿Z方向的變形，在Details of Directional Deformation中選擇左側(cè)零件作為Geometry對象，設(shè)定其方向為Z方向，如圖19示。

圖19 左側(cè)零件后處理設(shè)置

(13)同樣的方法，使用Solution→Insert→Deformation→Directional，在Details of Directional Deformation中選擇右側(cè)零件作為Geometry對象，也設(shè)定其方向為Z方向，如圖20示。

圖20 右側(cè)零件后處理設(shè)置

(14)分別右鍵點擊模型樹節(jié)點的Directional Deformation與Directional Deformation2，選擇Evaluate All Results，得到左側(cè)零件在Z方向的變形云圖，如圖21所示，得到右側(cè)零件在Z方向的變形云圖，如圖22所示。兩個零件的變形也是由于過盈量引起的。兩者的變形量之和同樣接近1mm，是與初始的干涉量，也就是過盈量是吻合的。

圖21 左側(cè)零件Z方向變形

圖22 右側(cè)零件Z方向變形

將這個結(jié)果與使用直接接觸法進(jìn)行計算得到的結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果是相同的。在實際的工程應(yīng)用中，選擇何種方法去進(jìn)行過盈配合的計算，還需要從模型的具體結(jié)構(gòu)、加載方式的難易成都、計算量等方面進(jìn)行考慮。