有限元分析软件在过盈配合联接安全核算中的应用
韦念龙;邓群;周晔;尹玉波
【期刊名称】《安全与环境工程》
【年(卷),期】2002(009)003
【摘要】ANSYS有限元分析软件正在被广泛应用于机械行业、岩土工程、电磁场分析、热力学分析以及流体力学等各个领域,由于其分析速度快、精度高、使用方便而成为当前国际有限元分析的主流软件.本文以标准直齿圆柱齿轮和轴的过盈配合为例,说明了ANSYS有限元分析软件在过盈配合联接安全核算中是可以适用的.文中对过盈配合联接中有限元分析力学模型的建立、单元型式的选取、分网精度的确定以及加载方式等,提出了自己的见解,并对部分后处理结果进行了简要分析.【总页数】4页(P37-40)
【作者】韦念龙;邓群;周晔;尹玉波
【作者单位】中国地质大学机电系,武汉,430074;中国地质大学机电系,武
汉,430074;中国地质大学机电系,武汉,430074;中国地质大学机电系,武汉,430074【正文语种】中文
【中图分类】X941
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挤压机挤压筒过盈配合接触问题的有限元分析 作者：李永亮，高素荷 来源：《科技创新与生产力》 2015年第7期 李永亮，高素荷 （太原重工股份有限公司技术中心，山西太原 030024） 收稿日期：２０15－02－09；修回日期：２０15－05－09 作者简介：李永亮（1982-），男，山西代县人，工程师，主要从事机械产品CAE仿真、分析及优化设计研究， E-mail：jszxcaelyl@https://www.doczj.com/doc/d319192068.html,。 在工程实际中，常遇到工作需要求解过盈配合接触问题而有限元分析软件却不具有接触分 析功能的情况，使结构分析工作者和设计人员感到束手无策，无法求解，陷入尴尬境地。文章 旨在通过对求解大型挤压机扁孔挤压筒过盈配合接触问题的工作实践对这一问题进行研究和探索，介绍一种应用力法原理求解过盈配合接触问题的方法。 挤压筒是挤压机设备中的重要部件之一，是主要受力部件。它的工作原理是在挤压机工作时，挤压筒因挤压杆压缩筒内的工作液体而产生高压，使坯料经模子挤压成型。在大型挤压机 设备设计时，一般采用过盈配合的预应力组合筒，以减小应力峰值，提高筒体承受内压的能力。对于一般的圆孔挤压筒，在进行其力学特性分析时可以简化为厚壁筒，应用弹性理论直接求解。而对于图1所示的扁孔挤压筒，由于其过盈配合面上的接触压力在不同的弧段，值也不同，因 而很难用手工算法求解。为了更好地掌握扁孔挤压筒的应力应变规律，根据力法原理，应用 CAD/CAE/CAM集成软件UG中的GFEM PLUS模块，对这种采用过盈配合的预应力扁孔组合筒进行 了有限元分析研究，并应用MSC.MARC程序对计算结果进行了校核验证。 1 力学模型的建立 此次计算的挤压机挤压筒为过盈配合的预应力组合筒，内筒与外筒结构见图1。由于挤压 筒属于厚壁筒，其约束和工作载荷也是对称分布，故可取1/4结构按平面应变问题求解。在建 立力学模型时，选取UG软件中QUAD/4单元为基本单元，约束其平面法向位移和平面对称轴线 上切向位移，将工作载荷均匀作用在内筒内壁上。分析时，取挤压筒内筒和外筒为隔离体分别 计算。在划分单元网格时注意使过盈配合面处的单元和节点数量相等。
基于ABAQUS的转子过盈接触及热膨胀分析 姚同林;肖芳;陈金锋 【摘要】螺杆转子是螺杆压缩机的核心部件.对于630机型,采用热套工艺装配后,阴转子曾出现因应力过大而产生断裂的问题,同时过盈配合与热变形共同影响着阴阳转子的间隙.本文采用有限元软件ABAQUS/CAE对630阴转子进行了有限元分析,结果表明阴转子空心齿内的最大应力达到227MPa,同时齿面最薄处的应力达150MPa,易出现疲劳断裂;对阴阳转子在以20~80℃下的非均匀温度场下的热膨胀进行量化,结果表明装配变形量在0.04~0.07mm之间;排端阴阳转子齿顶径向位移达到0.25mm,齿根为0.17mm,建议阴阳转子啮合装配间隙大于0.42mm.%The screw rotor is the key of the screw compressor. For the rotor of 630 adopting shrinkage fit, there was once a fatigue fracture problem of female rotor due to the large stress besides the changing of the assembly clearance. In this paper, an analysis of interference contact and thermal expansion of the screw rotor was taken based on ABAQUS/CAE. The result showed that the maxi-mum stress of the female rotor tooth reached 227 MPa while 150 MPa occurred at the thinnest face where probably broke. For the discharging temperature at 80℃ and assembly temperature/inlet temperature at 20℃, the result showed that the radial displacement due to the interference fit was below 0.1mm which approximate took up 1/4 of the total displacement which reached 0.25mm at the tooth tip and 0.17 at the tooth root. So 0.5mm may be a conservative value for the assembly gap of rotors gearing.
基于ABAQUS的轴承过盈配合接触应力分析* 高晓果，孔德龙，赵聪，刘文龙 【摘要】摘要:航空发动机主轴轴承内圈一般采用过盈配合的安装形式，通过一定的过盈量防止轴承内圈与轴发生相对转动，并对轴承内圈定位。建立了基于ABAQUS软件的轴承内圈过盈接触问题的仿真分析方法，使用该方法分析了某型航空发动机低压转子推力球轴承的内圈过盈配合接触应力，分析了该轴承内圈在装配压紧时发生转动的根本原因。建立的过盈配合接触应力分析方法可为航空发动机主轴轴承过盈配合的设计和校核计算提供理论依据。 【期刊名称】机械研究与应用 【年(卷),期】2015(000)002 【总页数】3 【关键词】关键词:轴承;航空发动机;过盈;接触应力 0 引言 航空发动机转子系统通过滚动轴承支承到承力机匣上，轴承内圈与转子轴采用过盈配合的安装形式，通过一定的过盈量防止轴承内圈与轴的相对转动，并对轴承内圈进行定位。 从力学角度看，过盈配合是接触问题的一种［1］，属于边界条件高度非线性的复杂问题，配合面呈现出很复杂的接触状态和应力状态。常用的过盈配合设计是以拉美(Lame)方程为基础，并在俄罗斯学者加道林院士提出的组合圆筒理论基础上进行的。基于拉美方程和厚壁圆筒原理的传统方法存在着一定的局限性，不能很好的适用于复杂结构的过盈配合设计。 在航空发动机中，主轴轴承过盈量的设计和选取主要是参考成熟型号设计经验，
很少对过盈配合的接触问题进行研究，如在某型发动的研制过程中，轴承内圈过盈装配到轴上后，采用压紧螺母进行压紧时，发生了内圈转动的现象，笔者以该工程实例为对象，使用ABAQUS有限元软件，对其过盈配合接触问题进行相应分析，分析了故障原因。 1 轴承内圈与轴的模型 笔者选取了在装配时发生转动的轴承内圈与轴的模型，其结构如图1所示，图2为三维模型图。 该轴承为双半内圈角接触球轴承，是某型航空发动机的低压压气机后支点，在工作时承受低压转子轴向力。该轴承内圈与轴承采用过盈配合的安装形式。过盈装配的方法是热装法，装配时先将轴承内圈加热到某一温度，使轴承内圈受热膨胀，再装配到轴上。在该型发动机的某次装配工作中，内圈与轴的配合为过盈0.02 mm，进行内圈螺母压紧时，发现与螺母接触的半内圈发生了相对转动，另半内圈无转动现象。 考虑到接触分析是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，图1所示的模型具有轴对称性，选取装配时发生转动的半内圈，轴选取与轴承的配合段，建立如图2所示的二维模型，忽略轴上一些倒角和倒圆结构。将图2所示的模型导入到ABAQUS中，进行网格划分，得到如图3所示的有限元模型。轴承内圈和轴的材料参数如表1所列。 2 过盈配合接触应力问题的理论分析 根据资料［2］，轴承内圈与轴过盈配合接触应力可由式(1)进行计算: 式中:D为轴承内圈内径;D2为等效外径;E1为轴承材料弹性模量;u1为轴承材料泊松比;D1为轴内径;E2为轴材料弹性模量;u2为轴材料泊松比。该计算方法将
压装配合过盈量计算及有限元分析 乔颖敏;张建刚 【摘要】为得到过盈量和温度改变时轴承孑孔应力的变化趋势及压装配合时过盈 量的合理取值范围,根据过盈配合原理计算径向力和接触面应力,同时以某型号变速 器输入轴轴承与轴承孑孔的过盈配合为例,建立有限元模型并进行数值模拟,得出此 型号轴承压装配合过盈量最优范围. 【期刊名称】《汽车工艺与材料》 【年(卷),期】2016(000)009 【总页数】4页(P38-41) 【关键词】过盈配合;压装力;有限元;应力 【作者】乔颖敏;张建刚 【作者单位】陕西法士特汽车传动工程研究院,西安710119;陕西法士特汽车传动 工程研究院,西安710119 【正文语种】中文 【中图分类】TH133.3 过盈配合是轴承与轴承孔配合常用的连接方式之一。两个或两个以上的零件配合可分为滑动配合、过渡配合、紧配合等多种状态，过盈配合属于紧配合中的一种，二者配合过程中需用特殊工具以较大的压装力挤压进去，也可利用材料的热胀冷缩特性，把孔径材料预热或者把轴材料冷却，迅速插入待常温后即为过盈配合状态。变速器的输入轴与离合器壳体通过轴承进行连接，轴承外圈与离合器壳体无相对滑动，
轴承内圈与输入轴一起转动且相对无滑动，轴承内外圈连接之间严格无转动。 在实际工作过程中，轴承高速转动而产热导致零件升温、过盈配合量减小，在转动过程中轴承传递到外圈部分扭矩克服过盈周向摩擦而使轴承外圈与轴承孔有相互转动，致使出现轴承跑外圈现象。长时间轴承跑外圈，会使轴承孔磨损，逐渐导致轴承孔径增大，进一步导致齿轮啮合状态变差，引起齿轮点蚀、断齿、轴承破坏等一系列变速器故障。上述的工作过程存在复杂的非线性接触，数值求解困难。常用的有限元分析理论[1]和相关软件在计算复杂接触问题方面具有较大优势，为计算过盈配合的应力分布提供了有效途径。 设有两个空心轴过盈配合，其中外轴（包容件）内径D2，外径d3，内轴（被包容件）内径D1，外径d2，则两轴过盈配合量为Δd=D2-d2，可根据制造公差计算。 两轴之间的径向力计算如下。 式中，ND为公称直径；γ1与γ2分别为内、外轴材料的泊松比；E1与E2分别为内、外轴材料的弹性模量。 由此得出接触表面的应力计算如下。 压装所需压力计算如下。 式中，L为内、外轴配合宽度，Cf为摩擦系数。所能承受扭矩计算如下。 对于直径为d的材料，受热后直径的变化量计算如下。 式中，ce为线胀系数；Δt为材料温度的变化值。 由以上计算可得出直径随温度变化公式如下。 在热装时为了消除过盈量，可以对外圈进行加热使外圈直径变大，外圈加热温度计算如下。 同时也可以对内圈进行冷却处理，使得内圈直径减小，内圈降低温度计算如下。以某型号变速器的输入轴轴承孔与轴承的过盈配合为例来分析配合过盈量和温度对
有限元分析软件及应用 有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程力学的数值计算方法，用于模拟和分析材料或结构在力学、热学、流体力学等领域的行为。有限元分析软件是用于进行有限元分析的工具，提供了对复杂问题进行建模、求解和分析的功能。下面将介绍几种常用的有限元分析软件及其应用。 1. ANSYS：ANSYS是全球领先的有限元分析软件之一，适用于多个领域，如结构力学、流体力学、电磁场等。在结构分析方面，ANSYS可以进行静力学、动力学、疲劳分析等，可应用于航空、汽车、能源、医疗等行业。 2. ABAQUS：ABAQUS是另一个广泛使用的有限元分析软件，适用于结构、热、流体、电磁等多个领域的分析。ABAQUS提供了丰富的元件模型和边界条件，可以进行复杂结构的非线性、瞬态、热源等分析，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。 3. MSC Nastran：MSC Nastran是一款专业的有限元分析软件，主要用于结构和动力学分析。它提供了丰富的分析和模拟工具，可进行静力学、动力学、疲劳分析等。MSC Nastran广泛应用于航空、汽车、船舶等领域，具有较高的准确性和可靠性。 4. LS-DYNA：LS-DYNA是一款用于求解非线性动力学问题的有限元分析软件。它可以进行结构和流体的动态响应分析，主要应用于汽车碰撞、爆炸、冲击等领
域。LS-DYNA具有强大的求解能力和灵活性，可以模拟复杂的物理现象和材料性能。 除了上述几个常用的有限元分析软件外，还有许多其他软件也具有广泛的应用。有限元分析在实际工程中有着广泛的应用，下面以汽车结构分析为例进行介绍。 汽车结构分析是有限元分析的一个重要应用领域。有限元分析软件可以帮助工程师对汽车的结构进行模拟和分析，评估其在碰撞、强度、刚度等方面的性能。 首先，工程师可以使用有限元分析软件对汽车的结构进行建模。软件提供了各种几何建模工具，可以根据汽车的三维CAD数据进行建模，或者使用简化的二维平面模型。建模过程中需要考虑材料的特性和界面条件，如材料的弹性模量、屈服强度等。 然后，工程师可以对模型应用不同的力和边界条件，模拟汽车在各种载荷下的响应。例如，工程师可以模拟汽车在碰撞中受到的冲击载荷，评估车身的刚度和安全性。还可以进行静态载荷分析，以评估汽车的强度和刚度。 最后，有限元分析软件可以通过求解装配体的行为来分析和预测汽车结构在各种工况下的性能。工程师可以根据仿真结果进行优化设计，提高汽车的性能和安全性。
基于ANSYS Workbench对圆柱面过盈配合接触应力的研 究 李亚洲;汤易升;陈炜;张西正 【摘要】利用有限元分析软件ANSYS Workbench,模拟空心轴与包容件的过盈配合过程,通过改变单一因素的实验方法,分析圆柱面过盈配合中接触应力分布情况和各个因素的关系.本文分析了过盈量、包容件外径、接触宽度、轴向拉力和压力的影响因素.对实验结果进行分析得出如下结论:轴和包容件的接触区域的最高等效应力区,受到边缘效应的影响,最高应力集中区出现在端部边缘处.包容件在靠近边缘的中间部位出现低应力区域.空心轴表面的应力值呈现出从一端到另端逐渐增加的现象.%Using finite element analysis software ANSYS Workbench,the simulation of the hollow shaft and containing a process,by changing the single factor experiment method,analysis of interference fit of cylinder is contact stress distribution and the relationship between the factors.The interference are analyzed in this paper,the quantity,inclusive a diameter,contact width,the influence factors of axial tension and stress.Analysis of experimental results the following conclusions:shaft and tolerance of contact area of the maximum equivalent stress area,under the influence of edge effect,high stress,high in the end edge.Containing a appears near the edge of the middle low stress area.On the surface of the hollow shaft stress value present a growing phenomenon from one end to the other end. 【期刊名称】《天津理工大学学报》
过盈配合在机械产品的装配中使用的相当普遍。比如轴与轴承、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地连接起来。 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其优缺点，各有各自最适用的场合，具体情况需要具体对待。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，下面举两个例子来说明。ANSYS仿真计算代做：模态分析，瞬态动力学，谐响应分析和谱分析、械结构的疲劳、损伤，CFD流体；结构的强度评估和优化；企鹅：690294845 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。 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模型的初始状态不再是接触的。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。
基于Solidworks Simulation的轴承过盈配合接触应力分析王斌 【摘要】The finite element analysis software Solidworks Simulation was used to analyze the problem of bearing inner race inter-ference contact.From the stress nephogram,strain nephogram and displacement nephogram,finding the position ofmaximum stress ,circumferential stress,radial stress and radial displacement.The interference fit analysis can provide the theoretical basis for the design and check calculation of the interference fit of the main shaft of the traction motor,and provide the basis for judging the bearing pressure.%利用有限元Solidworks Simulation 软件对球轴承内圈过盈接触问题进行仿真分析，通过求解出应力、应变和位移云图，找出了轴的最大应力、周向应力、径向应力和径向位移。过盈配合接触应力分析可为牵引电机主轴轴承过盈配合的设计和校核计算提供理论依据，同时为判断轴承压装到位提供依据。 【期刊名称】《技术与市场》 【年(卷),期】2017(000)001 【总页数】3页(P18-19,23) 【关键词】轴承;YQ-365;牵引电机;过盈配合;接触应力 【作者】王斌 【作者单位】中车株洲电机有限公司，湖南株洲421001
abaqus接触过盈量设置 摘要： 1.Abaqus简介 2.接触过盈量设置的重要性 3.接触过盈量设置的方法和步骤 4.接触过盈量设置的应用案例 5.接触过盈量设置的注意事项 正文： abbqus是一款广泛应用于工程和科研领域的有限元分析软件。在实际应用中，接触过盈量设置是其中一个重要的环节。接触过盈量设置的目的是在模拟分析中准确地模拟材料之间的接触行为，从而得到更接近实际结果的分析结果。本文将介绍接触过盈量设置的方法、应用案例以及注意事项，以帮助用户更好地掌握这一功能。 1.Abaqus简介 Abaqus是一款强大的有限元分析软件，由法国公司Dassault Systemes 的SIMULIA品牌开发。它具有丰富的模块，可以进行线性和非线性结构力学、热力学、动力学、疲劳分析等。在工程领域中，Abaqus为设计师和工程师提供了方便的工具，帮助他们优化设计、缩短研发周期、降低成本。 2.接触过盈量设置的重要性 接触过盈量设置在有限元分析中具有重要作用。合理的接触设置可以确保分析过程中物体之间的相互作用得到准确模拟，从而得到更可靠的分析结果。
在实际工程中，接触问题常常涉及到摩擦、磨损、断裂等现象，这些现象对产品的性能和寿命有很大影响。通过正确的接触过盈量设置，可以更好地预测这些现象，从而指导设计和优化过程。 3.接触过盈量设置的方法和步骤 在Abaqus中进行接触过盈量设置，一般遵循以下步骤： （1）创建模型：首先，根据实际问题创建相应的模型，包括物体、材料属性、网格划分等。 （2）定义接触：在模型中定义接触面和接触属性，包括接触算法、摩擦系数等。 （3）设置过盈量：根据实际需求设置接触过盈量，包括径向、轴向和切向方向。 （4）应用边界条件：为模型施加适当的边界条件，如固定约束、滑动约束等。 （5）网格划分：针对接触区域，进行局部网格细化，以提高分析精度。 （6）求解：提交分析任务，等待求解结果。 4.接触过盈量设置的应用案例 以下是一个接触过盈量设置的应用案例： 某航空航天企业需要对一款新型涡轮叶片进行疲劳分析。在分析过程中，需要考虑叶片与轴承之间的接触行为。通过在Abaqus中设置接触过盈量，可以模拟叶片在运行过程中与轴承的相互作用，从而更准确地预测叶片的疲劳寿命。 5.接触过盈量设置的注意事项
基于元软件ABAQUS的过盈接触分析 过盈接触分析在工程实践中具有重要的应用价值。过盈 （interference fit）是指在装配过程中，轴向背靠安装的一个构件（阳极）直接插入另一个构件（阴极）中，形成一种摩擦连接。在过盈接触中，由于构件之间的间隙较小，会产生接触应力和接触压力，因此需要进行过 盈接触分析来确定接触区域的接触压力和应力分布。 元软件ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以用于模拟和分析 各种各样的工程问题，包括过盈接触分析。在ABAQUS中，可以通过建立 合适的模型和进行相应的分析步骤来实现过盈接触分析。 首先，需要建立过盈接触的几何模型。根据实际情况，可以使用ABAQUS提供的几何建模工具进行建模，或者导入已经建好的CAD模型。 然后，根据实际需求设置合适的边界条件和加载条件，如盖板压入力或拉 伸力等。并确定模型中涉及的材料性质，如弹性模量、泊松比等。 接下来，需要定义过盈接触的接触关系。在ABAQUS中，可以用于描 述接触特性的接触对可以是点对面、面对面或线对线等类型。通过定义接 触对的接触属性，如摩擦系数、初始间隙等，可以实现模拟过盈接触的行为。 在设置好接触关系后，需要进行网格划分和求解。ABAQUS通过将几 何模型离散化为有限元网格来进行求解。可以根据实际情况选择不同的网 格划分方法和网格密度，以平衡求解的精度和计算成本。然后，可以选择 合适的求解算法和时间步长来进行求解，得到过盈接触分析的结果。 最后，可以对求解结果进行后处理和分析。ABAQUS提供了丰富的后 处理功能，可以对接触区域的接触压力和应力进行可视化显示和数据提取。
通过分析结果，可以评估过盈接触的性能和可靠性，并根据需要进行设计优化或者改进。 总之，基于元软件ABAQUS的过盈接触分析可以帮助工程师更好地理解和解决过盈接触相关的问题。通过合理的模型建立、边界条件设置、接触关系定义以及求解和后处理，可以获得准确的接触压力和应力分布，为过盈接触设计和工程实践提供可靠的依据。
基于ansys的过盈配合接触应力分析 摘要介绍了基于ansys的接触分析步骤，并通过ansys软件，将对一个盘轴紧配合结构进行接触分析，来说明接触分析的有限元计算方法。 关键词ansys 过盈配合接触分析 引言 在工程结构中，经常会遇到大量的接触问题。火车车轮与钢轨之间，齿轮的啮合是典型的接触问题。接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的讣算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有儿种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。 本文以ansys软件为工具，以某转子中轴和盘的连接为例，分析轴和盘的过盈配合的接触应力。 1. 面面接触分析的步骤： 在涉及到两个边界的接触问题中，很自然把一个边界作为“LI标”面而把另一个作为“接触”面，对刚体一柔体的接触，“目标”面总是刚性的，“接触”面总是柔性面，这种两个面合起来叫作“接触对”。使用Targel69和Contdl71或Contal72来定义2D接触对,使用TargelYO和Contal73或Contal74来定义3D接触对，程序通过相同的实常数号来识别“接触对”。 在接触问题中，两个相互接触的物体必须满足边界不穿透的约束条件，施加边界不穿透约束的方法主要有罚函数算法和扩增的拉格朗日算法。 罚函数算法是在总势能泛函中加入惩罚项，来近似满足接触约束条件。从物理意
义上讲，罚函数法相当于在接触边界上加入线弹簧以防止接触面之间的相互渗透，而罚函数因子相当于弹簧的刚度系数。罚函数法的优点在于不增加系统未知数总数，可保持刚度矩阵的对称性，提高了求解效率，但罚函数因子的取值对计算结果的精度影响很大，必须根据渗透情况对其进行多次调整。 扩增的拉格妙日算法是为了找到精确的拉格妙日乘子而对罚函数修正项进行反复迭代，与罚函数的方法相比，拉格朗日方法不易引起病态条件，对接触刚度的灵敏度较小，然而，在有些分析中，扩增的拉格朗日方法可能需要更多的迭代，特别是在变形后网格变得太扭曲时。FTLON是为拉格日算法指定容许的最大渗透量，如果程序发现渗透大于此值时，即使不平衡力和位移增量己经满足了收敛准则，总的求解仍被当作不收敛处理，FTLON的缺省值为0.1,可以根据具体情况调整这个值，但要注意如果此值太小可能会造成太多的迭代次数或者不收敛。 罚函数算法和拉格朗日算法都需要定义接触刚度，两个互相接触表面之间渗透量的大小取决于接触刚度，过大的接触刚度可能会引起刚矩阵的病态，而造成收敛困难，一般来说，应该选取足够大的接触刚度以保证接触渗透小到可以接受，但同时乂应该让接触刚度足够小以使不会引起刚矩阵的病态问题而保证收敛性。程序会根据变形体单元的材料特性来估计一个缺省的接触刚度值，ANSYS通过实常数FKN来为接触刚度指定一个比例因子，比例因子一般在0.01和0.1之间，当避免过多的迭代次数时，应该尽量使渗透到达极小值，即选择较大的接触刚度。较为合适的接触刚度值可以经过反复验证得到，开始时应该取较小的，逐步取较大的值，如果收敛困难就停止验证，选择收敛较容易的FKN中的最大值作为接触刚度。 执行一个典型的面一面接触分析的基本步骤列示如下： 1.建立模型，并划分网格； 2.识别接触对； 3.指定接触面和目标面； 4.定义刚性目标面； 5.定义柔性接触面； 6.设置单元关键字和实常数； 7. 定义/控制刚性口标面的运动； 8.给定必须的边界条件； 9.定义求解选项和载荷步；10.求解接触问题；11.查看结果。
过盈配合的有限元分析 工程力学系 张晨朝 20803001 过盈配合的有限元分析 摘要: 在工程应用中,利用接触有限元法建立了内轴与外套过盈配合的有限元力学模型来判断结构设计是否符合要求。针对内轴和外套的过盈配合状态，采用大型通用有限元ANSYS 软件对组合模具进行了有限元分析, 得出了内轴与外套在过盈配合状态下的应力分布规律及接触面压力分布状况, 找到了应力集中位置和大小。结论说明结构配合尺寸设计没有使结构产生变形, 该结构完全符合产品的设计要求。
关键词: 过盈配合; ANSYS Abstract : In the project application, in order to judge whether the structural design meets the requirement, the finite element and mechanical model of the interference joint between inside lining and outside wrap is established by used contact -finite- element methods. Aimed at condition of the interference joint between inside lining and outside wrap, we carry on the finite element analysis based on ANSYS and attain the stress distribution in interference joint; the pressure distribution in contact face and the location and the size of stress concentration. It is concluded that the structure interference joint size of combined die do not make the mold have distortion and the combined die completely meets the product design requirement. Key words : interference joint; ANSYS 1 引言 过盈配合[1]是机械工业中一种常见的零部件组装方式,齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。在工作外载荷作用下, 能产生足够的摩擦力,以保证配合件之间不发生任何相对的滑动, 同时接触应力又不过大, 装配件能正常工作。因此, 研究配合面之间的接触应力分布规律是十分重要的。机械设备中常用到轴与孔的配合[2]，为保护机体〔如机架、箱体等〕在设备运转中不受磨损,通常压装轴套, 由轴套与轴配合。设备运转[3] 一定周期轴套磨损后更换轴套即可恢复轴孔原尺寸。轴套的外径与机体通常采用静配合, 而轴套内径那么与轴保持不同精度的动配合。在机械设计中一般都只标出轴套内外径的尺寸及公差，以此来保证装配后形成要求的配合。由于轴套与机体⑷采用过盈配合，其过盈量〔D〕形成轴套与机体的装配应力, 在这种装配应力的作用下, 轴套内径将产生一定的收缩量〔△〕, 显然, 轴套的收缩量〔△〕与轴套压入机体时的过盈量〔D〕密切相关，也与轴套和机体的几何尺寸，即两者的壁厚系数及各自材料性能相关。由于轴套的内孔收缩改变了原来的尺寸, 也就改变了 内孔与轴的配合关系, 以致达不到原来的设计要求, 容易出现间隙过小, 有时甚至试车温度升高而抱轴, 严重时会出现轴孔小于轴而不能装配的现象。 2 轴套装配收缩量的理论计算 工程力学中, 一般将外径与内径之比值之大于1. 1的圆筒视为厚壁圆筒, 其比值为壁厚 系数。在机械零件中，前述机体件之比值分布在1.1〜1.5,均属厚壁圆筒，轴套类零件之比值大致分布在1.05〜1. 35之间。据此，可将轴套压入机体形成的结构简化为两端开口的厚壁圆筒中过盈配合组合圆筒问题。 将铜套镶入座孔在机械装配中经常遇到。过盈配合的铜套直接按图纸加工镶入座孔时,铜套对座孔为过盈配合, 常温下压入或打入,内孔就收缩, 改变了原来间隙配合的性质,只能重新铰孔或镗孔, 才能到达孔尺寸公差要求。为保证套孔和轴的间隙配合, 其内孔尺寸公差确定至关重要。 2.1 计算原理 过盈配合的铜套内径加工尺寸的计算[5]依据有四点: 〔1〕铜套在常温下镶入座孔后, 其金属密度变化不大, 可以略去不计。
基于ANSYS的电能表过盈配合接插件稳态热分析 陈盛;徐英辉;张蓬鹤;袁翔宇;井天军 【摘要】为提高智能电能表现场安装效率,同时确保安装可靠性,国家电网标准 Q/GDW 11008-2013《低压计量箱技术规范》明确了插拔式电能表结构及其过盈配合接插件方案,并且进一步规定了接插件温升参数.目前过盈配合接插件在初始设计阶段重点考虑结构形式,并没有统筹考虑温升因素,温升参数均采用成品实验测定.为此,建立了详细的电能表插拔式安装结构及其过盈配合接插件热传导模型,并采用ANSYS有限元仿真软件对其进行稳态热分析,为过盈配合接插件结构进行温升参数仿真验证和理论设计,避免成品实验不合格导致重新设计. 【期刊名称】《电测与仪表》 【年(卷),期】2018(055)020 【总页数】6页(P96-101) 【关键词】电能表;过盈配合接插件;温升;ANSYS;稳态热分析 【作者】陈盛;徐英辉;张蓬鹤;袁翔宇;井天军 【作者单位】中国电力科学研究院有限公司,北京100192;中国电力科学研究院有限公司,北京100192;中国电力科学研究院有限公司,北京100192;中国电力科学研究院有限公司,北京100192;中国农业大学,北京100083 【正文语种】中文 【中图分类】TM933
0 引言 随着我国智能电网建设进程的快速推进以及分时阶梯电价政策的逐步实施，传统电能表已无法满足电力信息采集的多样化功能需求。为此，国家电网公司大力开展智能电能表推广应用，以此推动我国智能电网建设，同时更好地承担计量、计费等客户营销服务工作。在此背景下，新装或者传统电能表换装智能电能表数量将持续增加。 电能表现场安装作业过程中，传统采用导线直连电能表尾端接线端子并利用螺钉压紧的方法，由于施工条件限制、作业人员能力素质等原因，往往存在以下问题[1-2]： (1)现场施工工艺导致的接线质量和安装可靠性问题：压线螺钉压力不够致使导线 松动，压力过大导致压断导线；剥线长度过短，压线螺钉压在绝缘外皮导致接触不良，剥线过长则电能表尾端导线外露，造成触电事故； (2)施工人员素质能力参差不齐，现场接线可能造成接线错误，导致计量故障，引 发纠纷和后续排查改线工作； (3)现场安装施工效率低，以单相电能表为例，需分别压接火线进出线和零线进出线，操作繁琐复杂，往往导致工作效率较低，减缓工程进度； (4)电能表更换作业过程中，需要对用户停电后拆除旧表并更换新表，导致客户停电。 为解决智能电能表现场安装存在的上述问题，提高电能表现场安装作业效率和安装可靠性，有必要针对智能电能表的现场快速接线安装与更换方法进行研究。在满足国网公司企业标准Q/GDW 1355、Q/GDW 1356 规定的电能表安装需求基础上，国网公司企业标准Q/GDW 11008-2013《低压计量箱技术规范》中规定了电能 表应具备快速、方便、安全、牢靠的安装功能，并进一步明确了插拔式电能表结构
圆柱过盈联接有限元仿真分析 圆柱过盈联接在机械产品装配过程中占有重要地位,其应用十分广泛。按照联接件的几何特征划分,圆柱过盈联接可以分为薄壁圆筒过盈联接和厚壁圆筒过盈联接两种形式。 在实际工况中,影响过盈联接的因素较多,分析不同因素对于圆柱过盈联接的影响规律,对其研究和应用具有十分重要的意义。本文从圆柱过盈联接设计参数(过盈量和摩擦系数)和联接件材料属性(弹性模量和泊松比)两方面着手,分别以352226X2-2RZ型货车轴承密封罩的压装作为薄壁圆筒的实例,以HESA整体辗钢车轮和RE2B型车轴的轮对压装作为厚壁圆筒的实例,采用有限元软件ABAQUS 建立弹塑性接触分析模型,得到其应力、应变变化曲线,进一步研究圆柱过盈联接设计参数和联接件材料属性对塑性应变、最大接触应力以及最大等效应力的影响规律,并对薄壁圆筒和厚壁圆筒的应力和应变的变化规律进行对比分析。 研究结果表明:(1)增大压装过盈量会导致薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件最大接触应力、最大等效应力和塑性应变增大,厚壁圆筒抵抗塑性变形的能力要强于薄壁圆筒,而厚壁圆筒的最大接触应力和最大等效应力的变化幅度也大于薄壁圆筒;(2)摩擦系数的增加会导致薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件应力和应变的增加。增大摩擦系数时,薄壁圆筒所受的塑性应变和最大接触应力增幅要大于厚壁圆筒,而其最大等效应力增幅则要小于厚壁圆筒;(3)改变泊松比对薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件最大接触应力、最大等效应力和塑性应变影响较小;(4)当外载荷为轴向位移时,增大弹性模量会导致薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件最大接触应力、最大等效应力和塑性应变增大。 薄壁圆筒和厚壁圆筒上塑性应变的变化幅度相当,同时薄壁圆筒上最大接触
基于ABAQUS的大过盈螺栓孔边应力分析作者：刘明明陈栎同毛森鑫 来源：《科学与信息化》2019年第07期 摘要采用有限元分析软件ABAQUS，对机翼整体油箱上的大过盈螺栓安装过程进行了模拟，研究了大过盈装配条件下螺栓孔边的应力分布，为研究大过盈装配下螺栓孔的疲劳寿命打下基础。 关键词大过盈配合；有限元；接触分析 飞机机翼整体油箱采用大量螺栓进行连接。由于螺栓孔周存在严重的应力集中，在交变载荷下螺栓孔边易出现裂纹，降低结构的承载能力。紧固件孔的疲劳开裂是飞机损伤最普遍的的形式之一。 为提高机翼螺栓件孔的抗疲劳性能，螺栓选用过盈量为1%的大过盈螺栓进行连接。大过盈配合通过螺栓与孔之间获得较大的干涉量，使孔壁形成压应力，抑制微裂纹的扩展，从而提高孔的抗疲劳性能；部分结构还有通过螺栓与孔的紧密配合，达到结构密封的作用。机翼整体油箱上的大过盈螺栓采用拉拔的方法进行安装，螺杆尾部带一段工艺螺纹，用拉拔工具夹持，通过拉拔螺栓，将大过盈螺栓装入孔中。 大过盈螺栓孔周圈受力复杂，局部进入塑性区，难以用理论或工程方法计算孔周圈的应力分布。本文用ABAQUS模拟大过盈螺栓的拉拔装配过程，分析螺栓孔周圈套的应力分布。 1 有限元分析 本文模型包括壁板和螺栓两部分，油箱壁板材料为铝铜系铝合金，壁厚5mm，螺栓孔径10mm；螺材料为30CrMnSiA，螺栓光杆直径10.1mm。为减少计算量和节省计算机资源，壁板取直径为50mm的圆盘，螺栓忽略螺纹及螺栓头。 用ABAQUS建立过盈连接实体有限元模型。有限元细节模型中，主要采用单元C3D8R单元进行网格划分，螺栓孔边为高应力区，对孔边网格进行加密处理，有限元模型如图1所示。约束油箱壁板一侧沿孔轴线的位移，螺栓初始接触段端面上施加沿轴向的强制位移[1]。 为使螺栓与孔能够顺利接触，螺栓杆沿长度方向分为三部分：直径10mm的初始接触段；直径10mm渐变到10.1mm的过渡段；直径10.1mm的过盈接触段。油箱壁板孔壁与螺栓初始接触段定义接触，摩擦系数取0.1。 2 有限元计算结果
DEFORM有限元分析系统软件及其应用 DEFORM有限元分析系统软件及其应用 DEFORM有限元分析系统是一种常用的数值模拟软件，它 可以模拟材料在加工过程中的变形行为，为工程师们提供了一个有效的工具来优化产品设计和生产工艺。本文将介绍DEFORM软件的特点和应用领域。 DEFORM是一种基于有限元方法的软件，它通过将实体划 分为离散的有限元网格，利用数值计算方法来求解零件在不同工艺条件下的变形、应力和温度分布等问题。它可以模拟多种加工过程，包括铸造、锻造、轧制、模锻、挤压等。DEFORM 软件具有高精度、高效率和高可靠性的特点，可以对复杂的变形过程进行准确地模拟和分析。 DEFORM软件的应用领域非常广泛。首先，它在制造业中 用于优化工艺设计。通过DEFORM软件，工程师可以预测产品 在不同加工条件下的变形情况，从而调整工艺参数和操作方式，以减轻或消除变形问题。其次，DEFORM软件在材料研究领域 的应用也非常广泛。它可以模拟材料的变形行为，研究材料在不同温度、压力和应变率下的力学特性，为材料设计和改进提供理论依据。 此外，DEFORM软件还被广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。在汽车制造业中，DEFORM软件可以用于模 拟车身零件的成型过程和变形行为，帮助设计师优化车身结构，提高车辆的刚度和耐用性。在航空航天领域，DEFORM软件可 以模拟航空发动机零件的加工过程和变形行为，为航空发动机的设计和制造提供重要参考。在电子和能源领域，DEFORM软 件可以模拟电子器件的制造过程和变形行为，帮助工程师设计
更可靠和高效的电子产品。 总的来说，DEFORM有限元分析系统软件是一种强大的工具，可以模拟和分析材料在不同加工条件下的变形行为。它在制造业和材料研究领域具有广泛的应用。通过DEFORM软件， 工程师可以更好地理解材料的变形机制，优化产品的设计和生产工艺，提高产品的质量和性能。随着科技的不断进步和软件的不断改进，DEFORM软件的应用前景将变得更加广阔 综上所述，DEFORM有限元分析系统软件在制造业和材料 研究领域具有广泛的应用。它能够模拟和分析材料在不同加工条件下的变形行为，并为产品的设计和生产工艺提供优化方案。DEFORM软件在汽车制造、航空航天、电子和能源等领域发挥 着重要作用，帮助工程师提高产品的质量、性能和可靠性。随着科技的发展和软件的不断改进，DEFORM软件的应用前景将 更加广阔。它将继续为制造业和材料研究提供重要的理论依据和工具支持，推动相关领域的发展和创新
销与销孔过盈配合有限元分析 摘要：在工业生产中，销孔配合是非常常见的结构，常用作定位、连接及锁紧。销孔配合形式直接影响其作用和效果，本文针对销孔过盈装配，采用有限元分析的方法对销孔配合的过盈量与应力、应变间的关系进行研究。 关键词有限元分析销孔过盈配合过盈量应力应变 一、销孔配合的发展 销是工业生产常用的具有连接、锁紧和定位功能的重要零部件。销的功能性可靠多样，国内外许多专家学者对销的设计、制造、装配等方面很早就进行了研究。工程应用中，销孔类零件的接触非线性为设计制造增加了难度，设计单位为保证产品可靠性，只能加大安全系数，这为产品轻量化带来了阻力，增加额外成本。本文意在为销孔类零件接触非线性问题提供一个整体框架思路，减少设计冗余度。 二、有限元分析的应用 近年来计算机和有限元法发展已较为成熟，有限元分析软件能很好地模拟接触分析。本文通过对不同过盈量下销与销孔过盈装配下的有限元分析，获得过盈状态下销与销孔间的受力情况，为其在生产制造中的设计、制造提供依据。 三、建立有限元模型 1.建立有限元模型 考虑过盈量对销与销孔的装配影响，仅分析接触区域的过盈状态。本文采用销与孔套零件的过盈配合实例进行研究，该配合中，销的公称直径为20mm，配合长度为50mm，孔套的外直径为60mm。 2.有限元模型划分网格
对于有限元分析来说，网格划分精度直接影响分析精度、时间和可靠性，因此划分网格是有限元分析的重要环节。考虑到销与销孔配合模型特征及计算机算力等因素，本次采用常规区域网格大小0.05mm，关键接触区域网格大小0.02mm 的规格。 3.设置材料属性 完成载荷和约束添加后，对材料进行属性设置，对销与其配合件指定材料。指定45#为销材料，指定铸钢20CrMoA为配合件材料，其材料属性均按国家标准设定。 4.设置有限元模型边界条件 模型中加载的边界条件为全固定约束，其过盈量为0.05-0.25mm，每隔 0.05mm进行分析比对。 四、结果分析 1.过盈量对过盈装配的影响 销尾部添加100MPa载荷，改变过盈量，销孔应力、应变情况如下： 过盈量0.05mm时应力分布图 4 过盈量0.05mm时应变分布图