在ANSYS中正確地模擬過盈配合 (1) 轉貼

這兩個圓柱體,在幾何上是剛好相切的,即處于幾何上剛好接觸的初始狀態(tài)。劃分網格后,由于在圓周上用小段直線代替了弧線,兩個圓柱體之間產生了一定的間隙,兩個圓柱體的有限元模型的初始狀態(tài)不再是接觸的。此時,如果接觸參數設置不當,就會因為初始約束不足,圓柱體出現剛體位移,得到錯誤的結果。

(說明:例 1 本來與設置過盈量是無關的,為了說明初始接觸狀態(tài)的重要性順帶說說。)

例2.有的人把兩個接觸部件的幾何位置設定一定的過盈量,想用這個過盈量來模擬過盈配合,這種做法是錯誤的,幾何上的過盈量不等于劃分網格后有限元模型的實際過盈量。

下面的圖 2 中,是一個孔類零件和一個軸類零件的截面圖,軸和孔在幾何位置上預設了過盈量。(內圈的紅色圓是孔邊界,外圈的藍色圓是軸邊界,軸和孔在幾何上是相互侵入的)。

在設置了 KEOPT(9) = 4 之后,程序在計算初始接觸狀態(tài)的時候就只考慮 CNOF 的設置值,不考慮接觸部件的幾何位置造成的侵入或間隙,而且過盈量是以 ramp 方式施加的。(ramp 施加方式即逐步施加)。

第二步:通過設置 Icont 實常數

劃分網格后,通常情況下,Target surface 和 contact surface 上的單元之間會有間隙或者過盈量,如果間隙或者過盈量在 Icont 設定誤差范圍內,間隙或者過盈量會被消除掉,程序會使 contact surface 和 target surface 上的單元處于剛好接觸的狀態(tài)。這個值的的具體設置可以參見幫助文檔,本文中設置為 0.2。

第三步:通過設置實常數 CNOF 來設置過盈量

在第二步中,通過 Icont 的設置,已經使得 Contact surface 上的單元和 Target surface 上面的單元處于剛好接觸的位置了,此時再設置 CNOF,CNOF 的值就是過盈量。(CNOF 的本意并不是過盈量,只是在有了前面的設定后,它的值就是我們所要的過盈量,其具體含義請參考 ANSYS 的幫助文檔)。

下面這個例子實際上是一本 ANSYS 書上的一個例子,這個例子的 PDF 版本在網上流傳甚廣,但是原書上的分析結果是錯誤的,具體錯誤之處,將在后面提及。

例3.一個簡單的軸和帶孔圓盤的過盈配合的實例。

圓盤的基本尺寸為:

內徑 Rpin = 35 mm (原書中此值為 34 mm),外徑 Rpout = 100 mm,盤高 Hp = 25mm;

軸的基本尺寸為:

內徑 Rain = 25 mm,外徑 Raout = 35 mm,軸長 La = 150 mm。

(原書中圓盤孔內徑為 Rpin = 34 mm,和軸在幾何上形成 1 mm 的過盈量。

由于結構是完全軸對稱的,故可只取四分之一模型分析之。

本例分析中,取過盈量 f = 0.01 mm,而且本例僅僅計算由于過盈配合所產生的應力。

按照本例各個物理量所取的單位,最終的計算結果中,應力單位應該為 MPa;

完整的命令流如下:

Finish

/clear,start