本期通過一個(gè)簡單實(shí)例來介??紹怎么通過ANSYS Workbench有限元分析工具來模擬過盈配合。

      問題描述：一個(gè)圓環(huán)與空心軸過盈連接，過盈量2毫米（半徑方向）求圓環(huán)與軸的最大變形，和最大等效應(yīng)力。

幾何模型：模型通過WB DM（DesignModeler）繪制。如下圖所示。從外到內(nèi)，直徑依次是100,70,45mm。拉伸厚度為18,10mm。材料鋼。注意建模時(shí)：圓環(huán)的內(nèi)徑等于空心軸的外徑。

?幾何模型

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分析流程圖：

?分析流程圖

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接觸：靜力分析模塊Static Structural會(huì)自動(dòng)將所有低于某一特定值的間隙識(shí)別為綁定接觸（bonded），這需要自己手動(dòng)修改接觸類型為摩擦接觸（Frictional）;接觸和目標(biāo)分別為空心軸的外表面和圓環(huán)的內(nèi)表面;然后添加摩擦系數(shù)這里設(shè)為0.2。然后輸入過盈量偏移2mm。（過盈輸入正值，間隙輸入負(fù)值）接觸設(shè)置如下圖所示。

?接觸設(shè)置

網(wǎng)格：這個(gè)幾何模型外形很規(guī)范可以將模型網(wǎng)格劃分得規(guī)則一些，以便提高計(jì)算準(zhǔn)確性方法：對這兩零件使用掃描方式劃分，發(fā)現(xiàn)效果并不滿意，然后再次劃分選擇兩零件的邊線進(jìn)行等分80份，設(shè)置如下圖。

?網(wǎng)格劃分

劃分效果如下：

注：由于該模型單元數(shù)量少，并不會(huì)給計(jì)算機(jī)造成多大的負(fù)擔(dān)，而且節(jié)點(diǎn)排列規(guī)則有助于提供精度所以這里使用六面體網(wǎng)格單元是合理的。

邊界條件：將空心軸內(nèi)表面固定約束。

求解結(jié)果：

?總變形云圖

?等效應(yīng)力云圖

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結(jié)論：空心軸最大變形為0.236mm最大應(yīng)力為5836MPa。圓環(huán)最大變形1.885mm，最大應(yīng)力11478MPa。其中圓環(huán)變形加上空心軸變形之和為2.121mm與2mm很接近。復(fù)合變形協(xié)調(diào)條件，仿真結(jié)果可信。

     另外計(jì)算了兩種情況：①過盈量3毫米，驗(yàn)證了圓環(huán)和軸的變形都變大并且兩者之和接近3mm.②將偏移設(shè)置為-2仿真間隙配合情況，結(jié)果是變形應(yīng)力均為零，符合理論情況。這里不給其詳細(xì)過程了，請有興趣的讀者自己驗(yàn)證。