在ANSYS中正确地模拟过盈配合 (1) 转贴

这两个圆柱体,在几何上是刚好相切的,即处于几何上刚好接触的初始状态。划分网格后,由于在圆周上用小段直线代替了弧线,两个圆柱体之间产生了一定的间隙,两个圆柱体的有限元模型的初始状态不再是接触的。此时,如果接触参数设置不当,就会因为初始约束不足,圆柱体出现刚体位移,得到错误的结果。

(说明:例 1 本来与设置过盈量是无关的,为了说明初始接触状态的重要性顺带说说。)

例2.有的人把两个接触部件的几何位置设定一定的过盈量,想用这个过盈量来模拟过盈配合,这种做法是错误的,几何上的过盈量不等于划分网格后有限元模型的实际过盈量。

下面的图 2 中,是一个孔类零件和一个轴类零件的截面图,轴和孔在几何位置上预设了过盈量。(内圈的红色圆是孔边界,外圈的蓝色圆是轴边界,轴和孔在几何上是相互侵入的)。

在设置了 KEOPT(9) = 4 之后,程序在计算初始接触状态的时候就只考虑 CNOF 的设置值,不考虑接触部件的几何位置造成的侵入或间隙,而且过盈量是以 ramp 方式施加的。(ramp 施加方式即逐步施加)。

第二步:通过设置 Icont 实常数

划分网格后,通常情况下,Target surface 和 contact surface 上的单元之间会有间隙或者过盈量,如果间隙或者过盈量在 Icont 设定误差范围内,间隙或者过盈量会被消除掉,程序会使 contact surface 和 target surface 上的单元处于刚好接触的状态。这个值的的具体设置可以参见帮助文档,本文中设置为 0.2。

第三步:通过设置实常数 CNOF 来设置过盈量

在第二步中,通过 Icont 的设置,已经使得 Contact surface 上的单元和 Target surface 上面的单元处于刚好接触的位置了,此时再设置 CNOF,CNOF 的值就是过盈量。(CNOF 的本意并不是过盈量,只是在有了前面的设定后,它的值就是我们所要的过盈量,其具体含义请参考 ANSYS 的帮助文档)。

下面这个例子实际上是一本 ANSYS 书上的一个例子,这个例子的 PDF 版本在网上流传甚广,但是原书上的分析结果是错误的,具体错误之处,将在后面提及。

例3.一个简单的轴和带孔圆盘的过盈配合的实例。

圆盘的基本尺寸为:

内径 Rpin = 35 mm (原书中此值为 34 mm),外径 Rpout = 100 mm,盘高 Hp = 25mm;

轴的基本尺寸为:

内径 Rain = 25 mm,外径 Raout = 35 mm,轴长 La = 150 mm。

(原书中圆盘孔内径为 Rpin = 34 mm,和轴在几何上形成 1 mm 的过盈量。

由于结构是完全轴对称的,故可只取四分之一模型分析之。

本例分析中,取过盈量 f = 0.01 mm,而且本例仅仅计算由于过盈配合所产生的应力。

按照本例各个物理量所取的单位,最终的计算结果中,应力单位应该为 MPa;

完整的命令流如下:

Finish

/clear,start