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基于ANSYSWORKBENCH的装配体有限元分析

模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体的仿真所面临的问题包括：

〔1〕模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个

零件。这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有

的很薄且形状极不规如此，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，

如玩具的外壳。在对一个装配体进展分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析

某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小

倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得

应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何

连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进展抽象吗？或者只是用实体模型？

如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差

X围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。

〔2〕零件之间的联接。装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。我

们知道，如果零件之间不能发生相对运动，如此直接可以使用绑定的方式来设置接触。如果零

件之间可以发生相对运动，如此至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用

接触来建模。如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？

在运动副的附近，我们所计算的应力其准确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该

使用哪一种接触形式呢？

〔3〕材料属性的考虑。在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。我们在初

次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不

再局限于线弹性属性。此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种

超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？

它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对

于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。

〔4〕有限元网格的划分。我们知道，通过WORKBENCH，我们只需要按一个按钮，就可以得到

一个粗糙的网格模型。但是如果从HYPERMESH的角度来看，ANSYS自动划分的网格，很多都是

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不合理的，质量较差而不能使用。那么对于装配体中的每个零件，我们该如何划分网格？对于

每一个零件，我们是否要对之进展切割形成规如此的几何体后，然后尽量使用六面体网格？如

果我们这样做的话，那么单单划分网格这一项，就要消耗我们大量的时间。而且，当这种网格

划分完以后，我们还需要反复加密网格，反复计算，直到结果的收敛。就如同减速器这样的一

个装配体，稍微粗略的划分网格，都是10万多个节点，如果我们网格划分得细密一些，很容

易上百万个节点。这么大量的节点，一般的笔记本和台式机计算起来都很困难。这给我们的仿

真工作带来了极大的困扰。

这些问题都是前处理中出现的。如何解决这些问题，恐怕要我们广阔的CAE工程师和CAE研究

人员共同努力，从各个侧面进展研究，得到一些个别的成果，然后在某些时候，再集成起来，

得到具有普遍指导意义的方法和结论。

ANSYSWORKBENCH提供的六种接触类型

不少朋友提到了关于接触类型的问题，对于如何使用接触类型弄不清楚。为了帮助刚入

门的朋友们了解这些接触类型，笔者首先翻译了ANSYS关于接触类型的帮助，然后对之进展

点评。

翻译的局部帮助如下：

ANSYSWORKBENCH提供了6种接触类型，这些接触类型大多只对面接触使适用。

〔1〕bonded.使用绑定以后，在接触面或者接触边之间不存在切向的相对滑动或者法向

的相对别离。这是缺省的接触类型，适用于所有的接触区域〔实体接触，面接触，线接触〕。

〔2〕noseparation.这与绑定类似。在接触面或者接触线之间不允许发生法向的相对别

离，但是允许发生少量的切向无摩擦滑动。

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〔3〕frictionless:用于模拟无摩擦的单