在ANSYS中正确地模拟过盈配合.PDF

在ANSYS 中正确地模拟过盈配合 过盈配合在机械产品的装配中使用相当普遍,譬如轴与轴承,轴与轴瓦,汽车 的制动盘等,都是通过一定的过盈量来使两个装配部件紧密连接起来。 下面讨论如何在ANSYS 中正确地模拟过盈配合。过盈配合在有限元分析中 是一种典型的非线性接触行为。在有限元分析中设定了接触，从本质上来讲就是 对相互接触的两个部件施加了某种约束，不同的接触算法对于接触约束的处理方 法有所不同。接触约束的理论算法的选择，在ANSYS 中是通过设置contact 单 元的KEOPT(2)选项来实现的。在ANSYS 中目前主要有5 种接触约束算法： KEYOPT(2)=0 Augmented Lagrangian 加强的拉格朗日算法， 这个是ANSYS 的缺省选择； KEYOPT(2)=1 Penalty function 罚函算法； KEYOPT(2)=2 Multipoint constraint (MPC) 多点约束算法； KEYOPT(2)=3 Lagrange multiplier on contact normal and penalty on tangent 接触法向采用拉格朗日乘子，接触切向采用罚函数的综合算法。 KEYOPT(2)=4 Pure Lagrange multiplier on contact normal and tangent 法向和切向均采用拉格朗日乘子算法。 各种不同的约束算法各有优缺点，各有各自的最适用的场合，具体情况具体对待。 大部分情况下，默认选择KEYOPT(2)=0 就够用了。 过盈配合所致的接触分析的难点在于如何确定初始接触状态。初始接触状态 设置得不对，会导致错误的计算结果或者不准确的计算结果，下面举2 个例子来 说明。 例1．两个圆柱体在几何上是刚好接触，划分网格后有限元模型有间隙。 如图1 所示。 图1. 两个在几何上刚好接触的圆柱体 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的初始状态不再是有接触的，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) 。 图2 ：一个轴类零件和孔类零件的过盈配合的截面图 在几何上，图2 的轴和孔有一定的过盈配合量，其大小等于两个圆的半径之 差，我们的本意是想用这个几何位置上的过盈量来模拟过盈配合。 不幸的是，两个部件划分网格之后，实际的过盈量应该为单元之间的距离， 即图上中靠得比较近的两条线段之间的距离，显然，这个距离不再等于我们预先 设置的过盈量了。更何况，上面这个图还是两个部件的网格对对得比较整齐的情 况，如果网格对的不整齐，过盈量就和我们预设的差的更远了。对于过盈配合来 讲，过盈量的数值变化对于过盈产生的应力的影响是很大的。 在ANSYS 中，要正确的设置过盈配合，主要分3 步： 第一步：设置KEYOPT(9)=4 ； KEYOPT(9)默认的值为 0，意思是既考虑两个接触部件由于初始几何位置造 成的初始侵入量(或者间隙) ，同时也考虑CNOF 参数设置的偏移量。意即接触部 件的初始接触状态是由CNOF 和初始侵入量(或间隙)共同决定的。此种情况下， 两个接触部件的初始几何位置对初始接触状态是有影响的，这个对于准确设置过 盈量是很不利的。(前面例 2 已经说明了通过几何位置设置初始过盈量是不准确 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