干货｜ANSYS Workbench过盈配合仿真_ACT_Mechanical_Workbench_动网格_理论_材料_ANSYS

干货｜ANSYS Workbench过盈配合仿真

纵横CAE

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1 问题描述

过盈配合是实体零件相互连接的重要手段之一，广泛应用于销孔、轴承连接中。过盈量的选取至关重要，过盈量太大将会导致装配困难甚至破坏零部件，而过盈量太小又将会导致过盈力不足以承受预期负载。

本文以实例详解的方式，介绍ANSYS Workbench过盈配合仿真方法，以期为选取合理的过盈量提供一种有效手段。

2 几何建模

构建销孔过盈配合模型，如图1所示。圆环外径100mm、内径50mm、厚度50mm，销轴直径50mm、厚度100mm。材料均为结构钢。

Fig. 1

特别注意：建模时，不考虑销孔的过盈量，按理论尺寸建模，即圆环的内径等于销轴的外径。

3 模型导入

打开Workbench，建立项目分析流程图，如图2所示。右击流程图中的Geometry，选择Edit Geometry in DesignModeler，进入DM界面。

Fig. 2

由于销孔模型关于XZ、YZ平面对称，只需要取出四分之一进行分析即可（方法：Tools——>Symmetry——>对称平面——>右击Generate），如图3所示。

Fig. 3

4 定义材料属性

关闭DM界面，双击Static Structural中的Engineering Data，进入材料参数设置界面。本文采用默认的材料结构钢Structural Steel，如图4所示。

Fig. 4

5 设置过盈量

关闭Engineering Data界面，返回到ANSYS Workbench界面，双击Static Structural中的Model，进入Mechanical界面，如图5所示。

Fig. 5

展开模型树中的Connections，如图6所示，在下方列表中做如下设置：

（1）选择接触面Contact Bodies为销轴的外表面，目标面Target Bodies为圆环的内表面；

（2）设置接触类型为摩擦接触Frictional，取摩擦系数Frictional Coefficient为0.2；

（3）设置接触行为Behavior选择非对称接触Asymmetric；

（4）设置Interface Treatment为Add Offset、No Ramping以及过盈量Offset为+0.02mm（特别注意：输入正值为过盈，输入负值为间隙）。

Fig. 6

6 网格划分

模型较为规则简单，因此本文保持默认设置，直接右击模型树中的Mesh选择Generate Mesh进行自动网格划分，如图7所示。

Fig. 7

7 设置边界条件

设置对称的4个面为Frictionless Support，并固定约束圆环的外圆表面，如图8所示。

Fig. 8

8 进行求解设置

点击模型树中的Analysis Setting，开启大变形，即设置Large Deflection为On，如图9所示。其余保持默认设置。

Fig. 9

9 求解计算

右击模型树中的Solution，选择Solve，此时出现求解进度条，如图10所示。

Fig. 10

10 结果后处理

求解完成后，添加并查看整体应力、整体变形、圆环变形、销轴变形，分别如图11-图14所示。

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

圆环最大变形为0.012mm，销轴最大变形为0.01mm，圆环变形与销轴变形之和为0.022mm与0.02mm很接近。符合变形协调条件，因此仿真结果可信。

右击分析树中的Solution——>Tools——>添加接触工具Contact Tools——>主窗口中选择接触面——>下方面板中点击Geometry中的Apply，如图15所示。

Fig. 15

求解后，右击Contact Tools——>Insert——>可分别添加并查看接触状态Status、接触压力Pressure和接触面渗透量Penetration，分别如图16-图18所示。

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

来源：纵横CAE

ANSYS Workbench刚体动力学分析流程

在机械系统中，大量构件处于运动状态。刚体动力学用于计算机械系统的结构动态响应，以及考察机构的运动特性。ANSYS Workbench的刚体动力学(Rigid Dynamics)模块基于全新的模型处理和求解算法，可以结合瞬态动力学分析模块进行结构刚柔耦合分析，其分析系统如下图所示。ANSYS Workbench刚体动力学分析系统图Step 1：创建并导入几何模型步骤与结构静力学分析(参见：ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作)基本一致，只是模型都定义为三维属性，并且在DM界面生成模型前，需要点击Attach，在下方面板设置Simplify Geometry为Yes。Step 2：设置材料和部件属性1) 双击Engineering Data，添加所需材料，考虑惯性，添加密度。2) 双击Model，进入Mechanical界面，展开Geometry，依次点击所有部件，下方面板设置刚度属性(Stiffness Behavior)为刚体(Rigid)，并添加相应材料。Step 3：设置部件间连接关系1) 点击模型树中的Connections，删除自动生成的所有接触。2) 根据部件相对运动关系，依次添加各种运动副（固定副Fixed Joint、转动副Revolute Joint、移动副Translational Joint）。3) 对于高副机构，如凸轮副、齿轮副，添加接触(Contact)。参见文章：干货 | ANSYS Workbench常用接触类型。4) 粘性阻尼效应通过定义弹簧(Springs)来实现。Step 4：有限元网格划分由于均为刚性体，无变形，故不需要划分网格，右击模型树中的Mesh选择GenerateMesh即可。Step 5：施加约束和载荷1) 添加约束，可以是固定约束(Fixed)、位移约束(Displacement)等。参见文章：干货 | ANSYS Workbench常用约束类型。2) 输入载荷，可以是力矩(Moment)、加速度(Acceleration)、关节驱动(Joint)等。参见文章：干货 | ANSYS Workbench常用载荷类型。3) 选择Analysis Settings，在下方面板设置Initial Time Step，Minimum Time Step、Maximum Time Step等，其余保持默认。Step 6：求解及后处理点击模型树中的Solution，添加位移、速度、加速度、接触力等，求解后查看结果，从而分析运动过程中各个运动参数的变化。来源：纵横CAE