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2013-06-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
鼓形接头螺栓是鼓形接头的主要零件,它的强度对于整个机构来说是十分重要的。在同一个预紧力的状态下,通过改变它的设计外形来改善应力集中。这里采用Altair HyperMesh前处理程序进行几何建模,它的界面十分友好,建模功能强大,和各个有限元计算软件的接口很多,提高了工作效率。
2 螺栓六面体网格划分方法
鼓形接头螺栓上方为一个六边形,下方为一个圆柱体,并且在圆柱顶端有一个收缩,形成一个锥形。几何比较复杂,特征比较多。同时,螺栓上方六边形底端要留出可以加上倒角的区域用来对比两种设计。另外,为了保证计算精度,要求网格必须为五面体(penta)和六面体(hexa)进行实体网格划分,不可忽略倒角,确保单元质量至少为:
Warpage≤25,Jacobian≥0.55,Aspect≤5
2.1 观察几何模型,简化模型
1)模型为 4 分之 1 对称,可以只对 4 分之 1 几何进行建模。
2)下方圆柱上有 4 个孔,可以在圆孔上方单元都为六面体时,忽略它对上方的影响。
2.2 建立辅助平面
1)通过 project 命令投影特征线。
2)倒角和圆孔特征处的辅助平面要做成 4 边形,这样有利于倒角的形成和掏孔。
3)对不同的特征采用不同的颜色来表现,有利于检查。
4)由于上下特征差异比较大,要计算上下表面的单元数并匹配。
2.3 使用 HyperMesh 中的 linear solid 命令生成实体网格
在生成实体时,由于锥形特征的倾斜角度非常大,考虑到单元在局部会非常细,导致单元数过多,质量不合格,并且这个特征也不是分析的关键区域,可以用五面体(penta)来进行过度处理,如下图。
在使用五面体过度时一定要保证辅助面都为四边形单元。
2.4 使用 HyperMesh 中 project 和 linear solid 命令生成上下其他特征。
绿色区域要留出点来建立倒角。
2.5 建立圆孔和倒角,完成两个模型设置。
使用 split 命令对圆孔处的六面体进行切割,并投影到几何上来形成圆孔。螺栓上方的倒角直接用六面体和五面体进行填补。最后检查整体单元质量,并通过局部详细调整,改善模型的网格质量。
3 Abaqus 非线性求解器计算的螺栓应力结果
把建好的模型通过 Abaqus 接口直接设置 Abaqus 求解器的输入计算文件,然后计算得到以下应力结果。可以看到由于详细的倒角描述,设计二中的应力集中明显减小。
4 结论
通过 HyperMesh 的强大功能,可以很快捷的进行实体网格划分,提高了工作效率,并通过它的接口直接生成输入文件提交给 Abaqus 求解器中进行计算,显示了其强大的前处理功能。
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