ansys過盈計(jì)算的案例
Ansys Workbench計(jì)算過盈配合的3種方法及比較
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編者按
過盈配合問題是應(yīng)力分析中一類常見的問題。在ANSYS Workbench中可以通過多種方法計(jì)算過盈配合應(yīng)力，作者通過一個(gè)典型算例，對(duì)三種典型計(jì)算方法進(jìn)行分享和討論，這三種方法依次是：接觸界面處理方法、約束方程法、直接接觸分析法。
接觸界面處理方法
在ANSYS Workbench中，可以利用非線性接觸類型的Interface Treatment功能來計(jì)算過盈配合應(yīng)力。下面以一個(gè)算例介紹有關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
如下圖所示，兩個(gè)尺寸為0.1×0.1×0.5m的長方體，材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼，E=2e11Pa，泊松比為0。在交界面處建立一個(gè)frictionless接觸，Part1（右側(cè)的實(shí)體）的左端面為接觸面，Part2（左側(cè)的實(shí)體）的右端面為目標(biāo)面。
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過盈配合問題是應(yīng)力分析中一類常見的問題。在ANSYS Workbench中可以通過多種方法計(jì)算過盈配合應(yīng)力，本文通過一個(gè)典型算例，對(duì)三種典型計(jì)算方法進(jìn)行分享和討論，這三種方法依次是：接觸界面處理方法、約束方程法、直接接觸分析法。
接觸界面處理方法
在ANSYS Workbench中，可以利用非線性接觸類型的Interface Treatment功能來計(jì)算過盈配合應(yīng)力。下面以一個(gè)算例介紹有關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
如下圖所示，兩個(gè)尺寸為0.1×0.1×0.5m的長方體，材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼，E=2e11Pa，泊松比為0。在交界面處建立一個(gè)frictionless接觸，Part1（右側(cè)的實(shí)體）的左端面為接觸面，Part2（左側(cè)的實(shí)體）的右端面為目標(biāo)面。
位移約束方面，左側(cè)長方體的左端面、右側(cè)長方體的右端面設(shè)為固定約束，通過改變接觸界面調(diào)整選項(xiàng)Interface treatment，設(shè)置為Offset=1.0mm，如下圖所示。
計(jì)算上述問題，得到計(jì)算結(jié)果如下。
l 左側(cè)長方體的Z向變形分布如下圖所示，其右端為受壓的Z向位移，數(shù)值為0.49123mm。
l 左側(cè)長方體的軸向應(yīng)力（Z向正應(yīng)力）分布如下圖所示，其數(shù)值為-196.49MPa（壓應(yīng)力）。
l 右側(cè)長方體的Z向變形分布如下圖所示，其左端也為受壓的Z向位移，其數(shù)值為-0.49123mm。
l 右側(cè)長方體的軸向應(yīng)力（Z向正應(yīng)力）分布如下圖所示，其數(shù)值也為-196.49MPa（壓應(yīng)力）。
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過盈配合問題是應(yīng)力分析中一類常見的問題。在ANSYS Workbench中可以通過多種方法計(jì)算過盈配合應(yīng)力，本文通過一個(gè)典型算例，對(duì)三種典型計(jì)算方法進(jìn)行分享和討論，這三種方法依次是：接觸界面處理方法、約束方程法、直接接觸分析法。
接觸界面處理方法
在ANSYS Workbench中，可以利用非線性接觸類型的Interface Treatment功能來計(jì)算過盈配合應(yīng)力。下面以一個(gè)算例介紹有關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
如下圖所示，兩個(gè)尺寸為0.1×0.1×0.5m的長方體，材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼，E=2e11Pa，泊松比為0。在交界面處建立一個(gè)frictionless接觸，Part1（右側(cè)的實(shí)體）的左端面為接觸面，Part2（左側(cè)的實(shí)體）的右端面為目標(biāo)面。
位移約束方面，左側(cè)長方體的左端面、右側(cè)長方體的右端面設(shè)為固定約束，通過改變接觸界面調(diào)整選項(xiàng)Interface treatment，設(shè)置為Offset=1.0mm，如下圖所示。
計(jì)算上述問題，得到計(jì)算結(jié)果如下。
左側(cè)長方體的Z向變形分布如下圖所示，其右端為受壓的Z向位移，數(shù)值為0.49123mm。
左側(cè)長方體的軸向應(yīng)力（Z向正應(yīng)力）分布如下圖所示，其數(shù)值為-196.49MPa（壓應(yīng)力）。
右側(cè)長方體的Z向變形分布如下圖所示，其左端也為受壓的Z向位移，其數(shù)值為-0.49123mm。
右側(cè)長方體的軸向應(yīng)力（Z向正應(yīng)力）分布如下圖所示，其數(shù)值也為-196.49MPa（壓應(yīng)力）。
展開 過盈連接平均接觸壓力計(jì)算
1.理想狀態(tài)軸和套筒過盈配合平均接觸壓力計(jì)算
1.1.假定條件
1）包容件與被包容件處于平面應(yīng)力狀態(tài)，即軸向應(yīng)力為0；
2）包容件與被包容件在結(jié)合長度上結(jié)合壓力為常數(shù)；
3）材料的彈性模量為常數(shù)；
4）計(jì)算的強(qiáng)度理論，按變形能理論。
1.2.理論計(jì)算公式
1）包容件（套筒）直徑變化量e1
2）被包容件直徑變化量e2
3）有效過盈量δ
由上述公式可以得到，接觸壓力的理論計(jì)算公式如下
過盈連接計(jì)算用的符號(hào)含義如下所示
2.過盈配合平均接觸壓力有限元計(jì)算
Abaqus中，Interference fit負(fù)值表示過盈，正值表示間隙（注意定義過盈量時(shí)要使用幅值曲線）。如果要輸出接觸對(duì)的反力，需要在Step模塊中設(shè)置歷史變量輸出。
2.1.過盈接觸設(shè)置
2.2.邊界條件
取包容件與被包容件的一半進(jìn)行建模，在截?cái)嗝嫣幨┘虞S向約束。假設(shè)過盈連接段結(jié)合長度為100mm。
2.3.等效應(yīng)力云圖
2.4.接觸壓強(qiáng)
2.5.接觸力
該過盈連接的接觸力為177kN，可計(jì)算得平均接觸壓強(qiáng)為14.09MPa。
來源：DeepFEA
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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(duì)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(duì)于鋼：
對(duì)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。
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(huì)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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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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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。
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(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)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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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(qǐng)有興趣的讀者自己驗(yàn)證。
ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例5---過盈配合問題的接觸分析
本篇博文是一個(gè)過盈配合問題的接觸分析，用于模擬機(jī)械裝配過程中壓入式裝配過程。本篇是用ABAQUS做的，后面會(huì)有兩篇分別用ANSYS，SOLIDWORKS/SIMULATION對(duì)該例子做分析。
【問題描述】
如圖所示的三個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)稱模型，使用軸對(duì)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(shí)調(diào)整裝配位置的麻煩，首先創(chuàng)建一個(gè)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(gè)部件。
（4）邊界條件。底座的底邊沒有Y位移；為保證計(jì)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(gè)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。
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AnsysWB-基于過盈配合的BWM_i3電機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力仿真 ￥10
AnsysWB-基于過盈配合的BWM_i3電機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力仿真
1.模型包含電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸
2.轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)軸施加過盈接觸配合
3.轉(zhuǎn)軸施加峰值扭矩250Nm的載荷
4.評(píng)估轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸的應(yīng)力和變形情況
5.參考時(shí)請(qǐng)考慮仿真模型與實(shí)際模型存在的偏差
ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例5---過盈配合問題的接觸分析2
本篇博文是一個(gè)過盈配合問題的接觸分析，用于模擬機(jī)械裝配過程中壓入式裝配過程。本篇是用ANSYS
Workbench做的，后面會(huì)有1篇用SOLIDWORKS/SIMULATION對(duì)該例子做分析。
【問題描述】
如圖所示的三個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)稱模型，使用軸對(duì)稱。
（4）邊界條件。底座的底邊沒有Y位移；壓頭下移57mm.
【分析過程】
（1）打開ANSYS
WORKBENCH，創(chuàng)建靜力學(xué)分析模塊，并設(shè)置為2D分析類型。
（2）創(chuàng)建材料屬性，設(shè)置彈性模量為2e11Pa，泊松比為0.3.
（3）創(chuàng)建幾何模型。根據(jù)以下數(shù)據(jù)點(diǎn)，創(chuàng)建2D平面。
展開 【12月12-15日 北京】焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算培訓(xùn)
一、課程背景
ANSYS 軟件因其領(lǐng)先的“虛擬樣機(jī)”理念和技術(shù)、強(qiáng)大的功能和便捷的操作，迅速發(fā)展成為CAE領(lǐng)域中使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的數(shù)值仿真工具。
ANSYS workbench具有強(qiáng)大的建模和仿真分析技術(shù)，并且操作簡單，易于掌握。為了讓廣大分析人員更好地掌握焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算技巧，弄清ANSYS workbench焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)計(jì)算原理和操作技巧，特舉辦《焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算》培訓(xùn)。本專題基于ANSYS workbench平臺(tái)，通過大量的理論和工程實(shí)例講解，使學(xué)員在較短時(shí)間內(nèi)掌握ANSYS workbench的使用方法；掌握焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞、熱應(yīng)力和蠕變的ANSYS workbench計(jì)算原理與計(jì)算技巧，弄清焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與模態(tài)計(jì)算原理并掌握其計(jì)算技巧。本專題可為焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)的計(jì)算仿真提供有效、可靠和全面的數(shù)值解決方案和技術(shù)支撐。
二、時(shí)間及地點(diǎn)
2019年12月12日-12月15日 江蘇*南京 (第一天報(bào)到，授課3天)
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，擅長工程數(shù)值分析，14年仿真分析經(jīng)驗(yàn)；仿真領(lǐng)域涉及結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂，計(jì)算流體力學(xué)，流固耦合及多物理場(chǎng)耦合數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子及多體動(dòng)力學(xué)，工程傳熱與熱應(yīng)力計(jì)算，爆炸與沖擊力學(xué)，Ansys二次開發(fā)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)。培訓(xùn)70多場(chǎng)次，學(xué)員上千人。
展開 【8月16-19日 北京】焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算研修班
課程背景
ANSYS 軟件因其領(lǐng)先的“虛擬樣機(jī)”理念和技術(shù)、強(qiáng)大的功能和便捷的操作，迅速發(fā)展成為CAE領(lǐng)域中使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的數(shù)值仿真工具。
Ansys workbench具有強(qiáng)大的建模和仿真分析技術(shù)，并且操作簡單，易于掌握。為了讓廣大分析人員更好地掌握焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算技巧，弄清Ansys workbench焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)計(jì)算原理和操作技巧，特舉辦《焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算》研修班。本研修班基于Ansys workbench平臺(tái)，通過大量的理論和工程實(shí)例講解，使學(xué)員在較短時(shí)間內(nèi)掌握Ansys workbench的使用方法；掌握焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞、熱應(yīng)力和蠕變的Ansys workbench計(jì)算原理與計(jì)算技巧，弄清焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與模態(tài)計(jì)算原理并掌握其計(jì)算技巧。本研修班可為焊接、螺栓連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)的計(jì)算仿真提供有效、可靠和全面的數(shù)值解決方案和技術(shù)支撐。
時(shí)間和地點(diǎn)
2019年8月16-8月19日 北京
（第一天報(bào)到，授課3天）
主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，擅長工程數(shù)值分析，14年仿真分析經(jīng)驗(yàn)；仿真領(lǐng)域涉及結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂，計(jì)算流體力學(xué)，流固耦合及多物理場(chǎng)耦合數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子及多體動(dòng)力學(xué)，工程傳熱與熱應(yīng)力計(jì)算，爆炸與沖擊力學(xué)，Ansys二次開發(fā)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)。培訓(xùn)70多場(chǎng)次，學(xué)員上千人。
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