低温下主镜支撑平台微小变形分析

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导读：传统装配公差仿真过程中创建特征、定义公差、创建装配、创建测量全部通过手工操作完成，建模过程比较繁琐，只有少数专业的尺寸工程师能掌握这些方法，限制了三维公差仿真技术的应用范围。本案例通过多种AI技术如图像识别、深度学习等和三维数模解析技术的联合应用，实现新能源车动力电池包上下盖装配公差仿真自动化，提升公差仿真效率60%以上，降低了三维公差仿真软件对工程师的技能要求。

项目背景：螺纹连接是机械结构中最常见的连接方式，具有结构简单、连接可靠等优点。主流计算机辅助工程(CAE)软件一直将螺纹连接作为争相改进的功能模块。传统的螺纹仿真有以下3 种方法:1)利用三维建模软件建立出真实的螺纹结构，该方法的缺点在于划分网格困难、接触状态复杂、计算资源耗费巨大，专门研究螺纹可以采用此法，当装配体中有多个螺钉时该方法不再适用;2)对于螺纹连接处采用绑定接触的简化处理方法，该方法的缺点在于无法模拟出螺钉与螺孔上的螺纹结构，进而无法计算出螺钉预紧对结构更加真实的影响;3)采用哑铃状结构将零件连接在一起，再施加预紧，该方法能近似模拟出螺栓螺母组合，但同样不包含螺纹结构，且遇到螺钉螺孔形式就无法仿真。综上所述，传统螺纹仿真方法或者适用范围太窄，或者偏离实际较远，难以兼顾仿真真实性和计算的收敛性。

成像主镜支撑平台的数模如图1-1所示。

图1-1

1.1 技术路线

a) 简化数模；将图1-1中的支撑平台模型进行简化，去除不利于网格划分的圆角，狭缝等细小几何特征。
b)针对隐式分析选取合适单元（solid186单元）；
c)划分网格，建立接触对；使用自由网格划分方法划分四面体网格，并为每一对接触面建立接触单元；
d) 设置螺钉预紧单元；
e) 施加边界条件；对支撑平台先施加螺钉预紧，后降温形变的边界条件，采用多载荷步。
f) 求解，后处理；

1.2 仿真计算

本项目完全使用APDL命令流实现仿真，对于项目中的主要命令流含义，会采用分步骤的方式进行讲解。

图1-2 启动软件

点击开始菜单，找到ANSYS文件夹，找到Mechanical APDL Product launcher 选项，点击即可进入图1-2界面。在该界面设置好工作目录和项目名称，点击左下角Run按钮，即可进入ANSYS经典环境。

图1-3 导入模型

进入经典环境后，点击左上角File→Read Input file，进入图1-3所示界面，在右侧窗口找到存放anf格式的文件夹，并在左侧选中模型后，单击右上角ok，即可导入三维模型。

图1-4 定义单元

点击左侧菜单栏，preprocessor→Element type→Add/Edit/delete，进入图1-4所示菜单栏，点击左下角Add，添加单元类型，总共须要添加三种单元类型，186单元（高阶实体单元），174单元（接触单元），170单元（目标单元）。

图1-5 定义材料属性

点击左侧菜单栏，preprocessor→material Props→material models，出现图1-5所示对话框后，点击Structural→Linear→Elastic→Isotropic定义材料的弹性模量和泊松比。再点击下方的Thermal Expansion定义材料的线膨胀系数，完成材料参数的定义。整体材料都使用铝合金。

图1-6 网格划分

点击左侧菜单栏，preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出图1-6所示对话框，选择四面体网格划分方式，点击左下角mesh按钮，选择三维模型即可进行网格划分。需要注意的是，对于模型中比较小的面，可以通过AESIZE命令调整小面的网格尺寸大小，务必做到模型网格能够反映模型几何特征，这里不再赘述。

图1-7 定义接触面

点击左侧菜单栏preprocessor→modeling→Elements→surf/contact，即可在给定节点集上生成接触单元，如果采用纯APDL命令流操作，可以使用ESURF命令，操作的方法是，先在选集中添加节点，使用type命令声明单元类型，时常数等，再直接输入ESURF命令，即可在选集节点上生成对应的接触单元。

图1-8 定义螺纹参数

经典环境中的螺纹参数通过SECTYPE和SECDATA这两个命令定义，这是附加在接触面上的属性，如果不插入这两句命令，那就和定义普通接触没有区别，如果插入这两行命令，那么生成的接触就是螺纹接触。

图1-9 定义预紧单元

如图1-9所示，选择preprocessor→modeling→Elements→Pretension→Pretension mesh→picked element，用此命令之前需要提前在选集中添加生成预紧单元位置的实体单元，特别注意的是，预紧单元不能施加在之前定义的螺纹接触位置，否则会导致应力奇异。