ansys過盈設(shè)置的案例
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 用ANSA設(shè)置ABAQUS中的過盈接觸
1.問題描述
軸徑大于孔徑的機(jī)械配合，稱為過盈配合，配合表面之間的機(jī)械接觸，稱為過盈接觸。ANSA作為一款功能強(qiáng)大的前處理軟件，為ABAQUS高度非線性的過盈接觸提供了全面的支持。
2.ANSA中設(shè)置ABAQUS過盈接觸示例
過盈接觸屬于緊配合的一種，在工程中應(yīng)用相對廣泛。在孔與軸，鍵槽與鍵等結(jié)構(gòu)之間，都可能使用了過盈接觸。ABAQUS具有三種定義過盈接觸的方式，ANSA均提供了對應(yīng)的支持。本文以上圖中的兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)為例，簡要介紹使用ANSA為ABAQUS設(shè)置過盈接觸的方法。
（1） 幾何過盈
在初始的裝配過程中，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)適當(dāng)?shù)母缮妫?em>過盈量），然后為過盈接觸的兩個面定義一般的接觸關(guān)系即可。
（2） 關(guān)鍵詞CLEARANCE
模型網(wǎng)格劃分完成后，打開ABAQUS DECK面板，在AUXILIARIES菜單下選擇CONTACT打開CONTACT菜單，單擊右鍵或直接在菜單底部選擇New->CONTACT，創(chuàng)建新的接觸對。
打開接觸對定義窗口，選擇接觸的主、從面ID，以及接觸屬性ID。可以在ANSA相應(yīng)的輸入域中鍵入“?“，以打開相應(yīng)輸入項的編輯定義窗口，對相應(yīng)的項進(jìn)行創(chuàng)建、編輯或確認(rèn)。
這種方式只適用于小滑移這種點(diǎn)的相對滑動方式。在接觸類型下選擇點(diǎn)-面接觸或面-面接觸的接觸類型，相應(yīng)的設(shè)置方法與一般接觸設(shè)置相同。此外，需要將接觸容差打開，并對其設(shè)定恰當(dāng)?shù)闹怠？紤]到過盈接觸的特性，接觸容差值應(yīng)為小于零的負(fù)值。
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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ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)過盈配合分析
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?yàn)閆方向，如圖9所示。
圖9 右側(cè)零件后處理設(shè)置
(14)分別右鍵點(diǎn)擊模型樹節(jié)點(diǎn)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
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接觸處理法
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。
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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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Ansys WB軸孔過盈配合仿真分析
另外還計算了兩種情況：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計算過盈配合的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算過盈配合應(yīng)力，作者通過一個典型算例，對三種典型計算方法進(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功能來計算過盈配合應(yīng)力。下面以一個算例介紹有關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
如下圖所示，兩個尺寸為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。
展開 Ansys Workbench計算過盈配合的3種方法及比較
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算過盈配合應(yīng)力，本文通過一個典型算例，對三種典型計算方法進(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功能來計算過盈配合應(yīng)力。下面以一個算例介紹有關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
如下圖所示，兩個尺寸為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Interface treatment，設(shè)置為Offset=1.0mm，如下圖所示。
計算上述問題，得到計算結(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）。
展開 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。
展開 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.評估轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸的應(yīng)力和變形情況
5.參考時請考慮仿真模型與實(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，后面會有1篇用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。
（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。
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方法技巧 | Ansys Workbench計算過盈配合的3種方法及比較
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算過盈配合應(yīng)力，本文通過一個典型算例，對三種典型計算方法進(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功能來計算過盈配合應(yīng)力。下面以一個算例介紹有關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
如下圖所示，兩個尺寸為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Interface treatment，設(shè)置為Offset=1.0mm，如下圖所示。
計算上述問題，得到計算結(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 Ansys Workbench工程應(yīng)用之——結(jié)構(gòu)非線性（下）：狀態(tài)非線性（4）過盈配合
擴(kuò)展顯示設(shè)置如下：
寫在最后
WB已經(jīng)能輕松計算各種過盈問題，讀者需要注意過盈量的加載方式，特別是當(dāng)過盈量較大時，應(yīng)使用斜坡加載促進(jìn)收斂。
本期解讀了過盈裝配，下期將詳細(xì)解讀螺紋連接，敬請期待。
由于圖惜實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)實(shí)在有限，文中也難免紕漏百出，敬請批評指正。
參考文獻(xiàn)：
[1] ANSYS 2022幫助文件
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