Ansys体壳装配与螺栓简化

2017-04-21 by:CAE仿真在线来源:互联网

装配体分析相对来说会比较综合,既要考虑到静力分析的边界合理设置,也要考虑到接触非线性的收敛性,如果动力分析的话还会涉及到瞬态方面的问题,除此之外,装配体分析特有的难点就是对模型的合理简化。这主要是由于装配体分析会涉及到接触非线性,因此要想使结果正常收敛就需要根据分析重点对模型各部分进行简化,尽量避免难以收敛的接触分析。下面就同过一个实例说明一下如何利用hypermesh平台完成ansys分析的前处理流程。

分析背景

家中肥皂吸盘由于长时间使用而报废。究其原因发现吸盘外壳中部出现大幅度凹陷,并且拉杆部位微量蠕变导致吸盘无法产生正常的吸力,再加上日常由于频繁的抓放动作所产生的循环冲击外载,最终致使其无法使用。本次主要分析吸盘外壳与主承载部分的受力情况,不考虑拉杆的蠕变效应。实体模型如下:

简化思路

为了减少计算量和便于网格划分,因此将吸盘部分与盘体部分使用壳体建模,销轴使用刚性区和梁单元代替,其余部分使用实体单元建模。考虑到吸盘紧吸时,吸盘与吸盘外壳紧靠,因此可以当成一体使用塑料属性分析,而单独将拉杆使用橡胶材料。

初步建模

首先在solidworks中建立好实体模型,然后分割出需要进行实体壳体分开建模的部分。然后另存为igs格式导入hypermesh中。将需要进行壳体建模的部分抽中面,得到基本模型如下:

对各部分进行网格划分:

实体与壳体的装配

在unity面板中的接触向导中分别定义主承载部分与盘体,拉杆与吸盘的多点约束装配,并更改接触类型为始终绑定接触(k12)。需要注意的是,实体与壳体的装配应该将壳体作为接触面,实体作为目标面,并且考虑壳体的厚度(k11),允许自动更新接触刚度以便于收敛(k10),忽略所有初始穿透与间隙(k9),不自动调整接触(k5),其他采用默认设置即可。

主承载部位吸盘的接触对

由于初始状态下主承载部位与吸盘具有较大的预紧力,因此忽略改力显然不合理。这里预紧力的施加我使用的是接触对偏移。首先建立主承载部位上端与吸盘的接触对,然后设置接触对偏移为0.3mm(cnof),更改关键字为仅考虑接触斜坡偏移(k9),其他关键字设置与上面相同。然后建立主承载部位下端与吸盘的接触对,改接触对为正常接触模型,关键字设置与上面相同,注意一定要更改考虑壳体厚度的关键字。

螺栓简化

首先在三个销轴孔部分创建三个中间节点如下,赋予质量单元属性,并赋予质量单元极小的质量。然后使用rigids面板创建中间节点与销轴内孔的刚性区建立,最后使用beam188连接三个质量单元并且释放沿转轴的转动自由度以模拟销轴连接。

材料与单元属性

分别建立塑料与橡胶两种材料属性,并且创建质量单元,梁单元,壳单元,实体单元属性,在unity的section面板下建立壳体的厚度与梁单元的截面参数。最后分别对应材料单元和截面到相应的组件中即可。

最终得到有限元模型如下:

边界条件设置

约束吸盘外缘的所有节点自由度,并且在盘体上面施加大小约为100pa的均匀压力,该力主要是通过单块肥皂重量乘以冲击系数然后除以加载面积估算,然后将不同约束和载荷置于不同的组件中以便于处理。

分析参数设置

在analysis面板建立两个载荷步。第一步仅包含约束边界以模拟预紧状态。第二步同时包含约束与加载边界。然后在control cards中添加求解的命令流。分别为进入后处理模块,分析类型为稳态,打开自动时间步长,设置求解步为50~500,输出所有子步,最后通过lssolve求解1~2子步。然后导出为ansys的cbd格式文件,在ansys读取会自动进行分析。

后处理