本篇博文是一個過盈配合問題的接觸分析，用于模擬機械裝配過程中壓入式裝配過程。本篇是用ABAQUS做的，后面會有兩篇分別用ANSYS，SOLIDWORKS/SIMULATION對該例子做分析。

【問題描述】

如圖所示的三個零件，紅色的稱為壓頭，白色的稱為內(nèi)圈，青色的稱為底座，內(nèi)圈和底座之間有0.07mm的過盈，現(xiàn)在壓頭上往下加力壓，下壓57mm，要求下壓過程中米塞斯應(yīng)力的變化過程。

已知條件如下：

（1）兩個零件及壓頭的幾何尺寸均已知。(具體尺寸見下面的草圖部分)

（2）壓頭剛性，內(nèi)圈和底座均為鋼材，彈性模量210MPA,泊松比0.3

（3）接觸處：壓頭與內(nèi)圈之間是無摩擦的；內(nèi)圈和底座之間是有摩擦的，摩擦系數(shù)為0.2.

【張建華《ABAQUS基礎(chǔ)入門與案例精通》，電子工業(yè)出版社，2012】

【問題分析】

（1）分析類型。雖然有一個明顯的位移下壓，但是由于速度緩慢，不考慮加速度效應(yīng)，從而使用靜力學(xué)分析。

（2）非線性考慮。接觸非線性：兩處接觸，要做接觸分析；幾何非線性：大位移，要打開大變形開關(guān)；材料為線性。

（3）幾何建模。由于是軸對稱模型，使用軸對稱。內(nèi)圈和底座為變形體，而壓頭為剛體。為了保證收斂，一開始就讓內(nèi)圈伸入到底座3mm。此外，為了免去裝配時調(diào)整裝配位置的麻煩，首先創(chuàng)建一個草圖，在該草圖中創(chuàng)建壓頭，內(nèi)圈和底座的剖面，保證初始的裝配位置，然后使用該草圖分別創(chuàng)建三個部件。

（4）邊界條件。底座的底邊沒有Y位移；為保證計算收斂，壓頭兩次下移，第一次0.001mm,第二次到57mm.

【分析過程】

1. 創(chuàng)建草圖。

創(chuàng)建一個草圖如下：

其中1-2-3-4-5-6：封閉的矩形是壓頭；3-4-8-7粉筆的矩形是內(nèi)圈；9-10-11-12-13-14-15-16封閉的多邊形是底座。

這里各點的坐標(biāo)如下

1—（35,145）；2 –（35,132）；3—（41,132）；4—（50.07,132）

5—（56,132）；6—（56,145）；7—（41,72）；8—（50.07,72）

9—（50,75）；10—（80,75）；11—（80,60）；12—（65,60）

13—（65,0）；14—（35,0）；15—（35,15）；16—（50,15）

同時要創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸。

2. 創(chuàng)建三個部件。

從三個草圖分別創(chuàng)建壓頭，內(nèi)圈和底座。

創(chuàng)建時導(dǎo)入草圖，刪去不要的部分即可。

對于壓頭，使用軸對稱解析剛體，然后選取其頂面中點為參考點；對于內(nèi)圈和底座，使用軸對稱的可變形殼。

創(chuàng)建完畢后結(jié)果分別如下圖。

壓頭及參考點

內(nèi)圈

底座

3. 創(chuàng)建裝配體

由于三個部件都是基于草圖創(chuàng)建，而草圖中三個部件已經(jīng)正確定位，所以直接選擇三個部件創(chuàng)建裝配體。

結(jié)果如下圖

4. 設(shè)置材料和截面屬性。

對內(nèi)圈和底座均設(shè)置彈性模量和泊松比。

步驟是（1）創(chuàng)建材料（2）將材料賦給截面（3）將截面分配給底座和內(nèi)圈。

前面幾篇已經(jīng)多次提過，不再贅述。

5. 設(shè)置分析步。

除了系統(tǒng)默認的初始分析步外，這里設(shè)置兩個分析步

第一個分析步，壓頭下壓0.001mm，用于建立平穩(wěn)的接觸。

第二個分析步，下壓到57mm，完成預(yù)定動作。

這兩個分析步都需要打開大變形開關(guān)。

設(shè)置結(jié)果如下圖

其中，對于第二個分析步，設(shè)置其增量步如下

6. 定義接觸。

（1）首先定義兩種接觸類型。無摩擦的，以及有摩擦的（摩擦系數(shù)0.2）

結(jié)果如下圖

其中的Nofriction采用默認設(shè)置，而對于YesFriction，設(shè)置如下

（2）定義接觸

在壓頭和內(nèi)圈之間使用Nofriction

在內(nèi)圈和底座之間使用YesFriction

而且均在初始時間步定義這兩個接觸；定義結(jié)果如下：

7.定義邊界條件

這里底座底邊沒有豎向位移；壓頭先后下降兩次，第一次為0.001mm,第二次到57mm，均使用位移邊界條件施加。

定義結(jié)果如下

其中，BC-1是底座底邊的位移設(shè)置；

而BC-2是壓頭的兩次移動。

8. 劃分網(wǎng)格

使用3mm的網(wǎng)格尺寸，CAX4l的單元，劃分底座和內(nèi)圈，結(jié)果如下

9. 創(chuàng)建并提交分析作業(yè)

10.后處理

開始狀態(tài)時的應(yīng)力云圖

最后狀態(tài)的 應(yīng)力云圖

最后狀態(tài)時展開軸對稱270度如下

來源：宋博士的博客，版權(quán)歸作者所有。