過盈配合模擬技術(shù)的案例
新的過盈配合模擬技術(shù)及應(yīng)用舉例
作者：陳志梅 上海安世亞太結(jié)構(gòu)應(yīng)用工程師
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過盈配合仿真用于模擬初始幾何結(jié)構(gòu)中零件之間的穿透。
通常，與過盈配合相關(guān)的初始穿透量比標(biāo)準(zhǔn)接觸大很多。這些較大的初始穿透無法在一個(gè)子步驟中求解，可以通過控制子步數(shù)或時(shí)間增量等方法來完成過盈配合的分析。
■ 通過表格輸入，使接觸面偏移(CNOF)作為時(shí)間的函數(shù)；
■ 自動逐漸減少初始穿透，通過設(shè)置KEYOPT（9）=2或4以激活此方法；
■ 自動漸進(jìn)增加接觸剛度，設(shè)置KEYOPT（9）=2或4，并定義實(shí)際常數(shù)STRM或TEND來激活此方法。
這個(gè)是ANSYS 2020R1 新推出的求解過盈配合的方法：漸進(jìn)增加法向和切向接觸剛度(FKN,FKT)和摩擦系數(shù)(MU)，從0到實(shí)際值。可以指定激活漸變方法的加載步或時(shí)間段。
與其它過盈配合方法不同，不需要初始接觸配合。在傾斜載荷步驟或時(shí)間段之前，內(nèi)部使用非常微小的接觸剛度。
(a) 使用STRM來定義載荷步。
展開 基于hypermesh和lsdyna的過盈配合講解及過盈配合后扭矩的監(jiān)測 ￥15
動圖中先計(jì)算過盈配合，接著施加一個(gè)強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)速度，后處理查看接觸扭矩。
過盈配合在軸類配合分析中使用頻率很高。很多分析都要求知道在某個(gè)過盈量下能傳遞的扭矩。
這個(gè)貼子給大家詳細(xì)講解一下過盈配合的設(shè)置求解計(jì)算。
1.幾何模型和網(wǎng)格
幾何體按照實(shí)際尺寸建模，要求體
現(xiàn)出過盈量，網(wǎng)格使用六面體網(wǎng)格，尺寸在計(jì)算能力允許的范圍內(nèi)盡可能小。
過盈配合分析
過盈量
d1=0.57807 !外圈內(nèi)徑
da=0.85 !外圈外徑
d2=d1+t !軸徑
dd=0.15 !軸內(nèi)徑
l1=0.44
l2=0.46 !接觸長度
!*
ET,1,SOLID185 !定義單元類型
!*
MP,EX,1,2.1E11 !定義材料屬性
MP,PRXY,1,0.3
!*
CYL4,0,0,d1/2,0,da/2,60,l1 !創(chuàng)建1/4圓環(huán)
CYL4,0,0,dd/2,0,d2/2,60,l2
VGEN,,2,,,,,-0.01,,,1 !移動軸
!*
LESIZE,17,,,10,,,,,1 !定義線的分網(wǎng)尺寸
LESIZE,19,,,10,,,,,1
LESIZE,16,,,10,,,,,1
LESIZE,14,,,10,,,,,1
!
展開 過盈配合分析
前言：
在機(jī)械裝配過程中經(jīng)常會遇到過盈裝配的情況，確定過盈量的方法很多，本案例只介紹消除幾何初始穿透來保證過盈量等于偏移量的方法。
技術(shù)難點(diǎn)：如何確定正確的過盈量；命令流（關(guān)鍵字）的使用；路徑的使用
分析人：技術(shù)鄰-異色天空
模型：
消除穿透前后對比：
結(jié)果：
過盈配合與拉拔!
過盈配合連接是依靠軸與孔的過盈值，裝配后使零件表面間產(chǎn)生彈性壓力，從而獲得緊固的聯(lián)接。裝配后，包容件和被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)生很大的壓力。工作時(shí)，靠壓緊力產(chǎn)生的摩擦力來傳遞載荷。該結(jié)構(gòu)簡單，同軸性好，能承受較大的軸向力、扭矩及動載荷。
一、問題描述
一個(gè)鋼銷插在一個(gè)鋼塊中的光滑銷孔中。見圖1。已知鋼銷的半徑是5mm, 長是25mm，而鋼塊的寬是40mm, 長40mm，高為10mm, 鋼塊中的銷孔半徑為4.9 mm，是一個(gè)通孔。鋼塊與鋼銷的彈性模量均為210GPa，泊松比為0.3。
二、問題分析問
由于鋼銷的直徑比銷孔的直徑要大，所以它們之間是過盈配合。計(jì)算過盈配合的應(yīng)力和把鋼銷從鋼塊中拔出時(shí)的應(yīng)力，接觸壓力及約束力。
由于該問題關(guān)于兩個(gè)坐標(biāo)面對稱，因此只需要取出四分之一進(jìn)行分析即可。進(jìn)行過盈裝配和拉拔分析，需要兩個(gè)載荷步：
第1個(gè)載荷步，過盈配合。求解沒有附加位移約束的問題，鋼銷由于它的幾何尺寸被銷孔所約束，由于有過盈配合，因而產(chǎn)生了應(yīng)力。
第2個(gè)載荷步，拔出分析。往外拉動鋼銷17mm，對于耦合節(jié)點(diǎn)上使用位移條件，求解施加強(qiáng)制位移約束的問題。打開自動時(shí)間步長以保證求解收斂，在后處理中每10個(gè)載荷子步讀一個(gè)結(jié)果。
三、關(guān)鍵步驟問題分析
1、連接關(guān)系：
雙擊【Model】單元格進(jìn)入【Mechanical】中，在左側(cè)樹形窗口中選擇【Model(A4)】->【Connections】單擊右鍵插入【Contacts Group】，并在細(xì)節(jié)面板修改自動創(chuàng)建接觸對的容差值為0.2mm，可自動生成接觸對。
展開 ANSYS workbench過盈配合分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)三維模型的繪制
2、學(xué)習(xí)過盈配合分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、學(xué)習(xí)靜力學(xué)分析步的建立
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench過盈配合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件。
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ABAQUS 密封過盈配合分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、掌握密封部件的三維模型繪制
2、理解過盈配合的非線性靜力學(xué)分析步的建立
3、學(xué)習(xí)非線性接觸分析的相互關(guān)系的設(shè)置
4、了解靜力學(xué)網(wǎng)格的劃分
5、學(xué)習(xí)位移載荷的施加
6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進(jìn)行密封過盈配合分析。
本案例提供了分析相關(guān)的分析文件。
midas NFX過盈配合分析
在孔和軸的配合中，孔的尺寸減去軸的尺寸所得之代數(shù)差為負(fù)時(shí)，就是過盈。在過盈配合的公差帶中，孔的公差帶在軸的公差帶之下。在機(jī)械的裝配過程中，有許多零部件之間需要緊密的配合，用以傳遞大的扭矩或者防止脫落，于是有了過盈配合的要求。
對于過盈配合的分析，midas NFX程序可以采用直接接觸計(jì)算，這種方法是將過盈量直接建出來。
如下圖所示，長方體塊的尺寸為長40mm×寬40mm×高10mm，中間孔的半徑為4.982mm，軸的半徑為5mm，高度為40mm。長方體和軸的材料均為Alloy Steel。
圖1 幾何模型
由于對稱性，我們?nèi)∧Ｐ偷?/4進(jìn)行分析。
圖2 有限元模型
在模型中，手動定義了一個(gè)接觸對。主接觸面選擇的是孔面，從接觸面選擇的是柱面。
圖3 手動接觸設(shè)置
圖4 孔與軸接觸對
因?yàn)槭?em>過盈分析，在接觸參數(shù)設(shè)置中，需要考慮初始穿透以及摩擦系數(shù)。輸入合適的法向剛度比例因子。
展開 Abaqus過盈配合處理技巧
那么如何準(zhǔn)確的模擬零件之間的裝配力就是仿真工程師責(zé)無旁貸的任務(wù)。裝配力模擬過程中的一個(gè)難點(diǎn)就是零件之間存在過盈裝配的情況。過盈裝配體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上就是干涉。數(shù)據(jù)干涉的正確處理對我們的仿真分析結(jié)果有著很大的影響。例如下圖中，O型環(huán)和模型主體是通過過盈配合裝配在一起的。那么，此類的問題應(yīng)如何處理呢？
那么通過Abaqus進(jìn)行仿真分析時(shí)，如何處理零部件之間干涉問題。這里可分為兩種情況：一種為不考慮干涉造成的影響;一種為要考慮干涉造成的初始應(yīng)力。
情況一：不考慮干涉造成影響的處理方法
方法一：當(dāng)我們不考慮干涉造成的接觸壓力時(shí)，或者說，干涉部分不會對仿真結(jié)果有太大影響時(shí)，我們可以通過Abaqus軟件后者其他三維軟件，將干涉部分切除。
方法二：通過Abaqus的Interaction模塊處理干涉。
首先創(chuàng)建一個(gè)通用接觸，在編輯相互作用對話框，點(diǎn)擊創(chuàng)建接觸初始化，如下圖所示。
在編輯接觸初始化對話框中，選擇過盈調(diào)整處理，并指定忽略大于的過盈值。
并在初始化指派對話框中，指定接觸面。
干涉處理之后，O型環(huán)與模型主體便是貼合狀態(tài)，如下圖所示，這樣便可以忽略指定接觸中存在的指定過盈。
方法三：當(dāng)使用面面接觸時(shí)，在編輯相互作用對話框中，在Secondary Adjustment中，勾選只為調(diào)整到刪除過盈。
情況二：考慮干涉造成影響的處理方法
方法一：當(dāng)使用通用接觸時(shí)，同理上邊的方法，在編輯接觸初始化對話框的調(diào)整中，選擇分析默認(rèn)值，或者指定的忽略過盈值不在其范圍。
方法二：當(dāng)使用面面接觸時(shí)，首先選中存在干涉的兩個(gè)接觸面。
然后，在Secondary Adjustment中，勾選不調(diào)整。
以上便是Abaqus 過盈配合處理的技巧。
展開 Ansys_過盈配合接觸設(shè)置
Ansys_過盈配合接觸設(shè)置
過盈配合在機(jī)械產(chǎn)品的裝配中使用相當(dāng)普遍,譬如軸與軸承,軸與軸瓦,汽車的制動盤等,都是通過一定的過盈量來使兩個(gè)裝配部件緊密連接起來。
下面討論如何在ANSYS中正確地模擬過盈配合。過盈配合在有限元分析中是一種典型的非線性接觸行為。在有限元分析中設(shè)定了接觸，從本質(zhì)上來講就是對相互接觸的兩個(gè)部件施加了某種約束，不同的接觸算法對于接觸約束的處理方法有所不同。接觸約束的理論算法的選擇，在ANSYS中是通過設(shè)置contact 單元的KEOPT(2)選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)的。在ANSYS中目前主要有5種接觸約束算法
Ansys_過盈配合接觸設(shè)置.pdf
展開 ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)過盈配合分析
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實(shí)例介紹
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(jì)算中的一類比較常見的問題。在本實(shí)例中，如圖1所示，模型由兩個(gè)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(jì)算。
圖1 過盈配合計(jì)算模型
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直接接觸法
我們首先使用直接接觸法，來處理過盈配合的問題。
過盈配合件可靠性分析
過盈配合問題了工程中較為常見的問題，配合不好會導(dǎo)致泄漏甚至造成危險(xiǎn)，這里通過ABAQUS軟件對過盈配合連接件的可靠性問題進(jìn)行了分析，供大家參考。
Ansys WB軸孔過盈配合仿真分析
另外還計(jì)算了兩種情況：①過盈量3mm，驗(yàn)證了圓環(huán)和軸的變形都變大并且兩者之和接近3mm。②將offset設(shè)置為-2仿真間隙配合情況，結(jié)果是變形應(yīng)力均為零，符合理論情況。這里不給其詳細(xì)過程了，請有興趣的讀者自己驗(yàn)證。
ANSYS workbench O型圈過盈配合接觸分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)O型圈過盈配合的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)O型圈過盈配合非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性靜結(jié)構(gòu)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)O型圈過盈配合接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench O型圈過盈配合接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ABAQUS橡膠工業(yè)中有限元計(jì)算問題過盈配合
摘要：本文分析了過盈配合的有限元計(jì)算時(shí)用到超彈性本構(gòu)時(shí)可壓縮性對計(jì)算結(jié)果的影響情況，得到在過盈配合中必須考慮這種可壓縮性的結(jié)論并分析考慮可壓縮性的原因。
1、引言
過盈配合是橡膠工業(yè)中的一種常見的配合方式。橡膠為超彈性材料，有限元計(jì)算中通常假定為不可壓或者幾乎不可壓。本文首先給出一種不可壓橡膠模型過盈配合的理論解，并與ABAQUS 計(jì)算解進(jìn)行比較。進(jìn)一步本文探討過盈配合中假定橡膠不可壓時(shí)遇到的問題， 提出處理過盈配合中橡膠計(jì)算的方法。
2、可壓模型理論解與 ABAQUS 數(shù)值解的比較
2.1、理論解
理論解模型如圖 1，內(nèi)層為鋼，中間不可壓橡膠，最外層為鋼給出橡膠和橡膠之間的過盈量求整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)假設(shè)平面應(yīng)變狀態(tài)。
本構(gòu)方程：
對于鋼：
對于橡膠：
2.1 材料性質(zhì)：
鋼：E=210000v=0.3橡膠：C10=0.461312, C20=0.01752, C30=8.8e-05 ，其余為 0，（三次多項(xiàng)式模型，材料不可壓縮）
2.2.2 幾何特性
如圖 2 所示， R59.50 為內(nèi)層鋼的半徑和中間層橡膠的內(nèi)徑， R73.00 為中間層橡膠的外徑，R71.10 為外層鋼的內(nèi)徑， R80.00 為外層鋼的外徑。
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