基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析.docx

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基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析

基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析

如下图所示，将轴缓缓压入轴毂中，轴和毂之间在径向有8mm的过盈量，轴毂固定，两者的材料均为钢，弹性模量为2.06E11Pa，泊松比为0.3，摩擦系数为0.2。

分析装配过程中轴和轴毂的应力应变情况。

问题分析

（1）本题主要分析装配过程中结构的静态响应，所以分析步选择通用静态分析步。

（2）本题由于为过盈配合，属于大变形，故应考虑几何非线性的影响。

（3）模型具有轴对称性，所以可以采取轴对称模型来进行分析，这样可以节省计算时间。

（4）为了方便收敛，分析步可以分成两步，第一步建立两者间的接触关系，第二步完成过盈装配。

（5）接触面之间有很大的相对滑动，所以模型要使用有限滑移（Finitesliding）。

ABAQUS/CAE分析过程如下：

（1）进入Part模块，创建Name为Axis的部件

在草图环境中输入（0,0），（0.1,0），（0.1,0.12），（0.13,0.12），（0.13,0.28），（0,0.28），（0,0）同时为轴部件端部切割出一78度角的倒角

同样再创造一Name为Hub的部件，设置与Axis一样，在草图环境中输入利用Rectangle工具创建一矩形，两角点为（0.09992,0）和（0.19992，-0.12）

（2）进入property模块，定义材料属性

并将定义的材料属性赋予给Axis和Hub

（3）进入Assembly模块，创建两者间的装配关系

（4）进入step模块

定义名为Make-Contact和Press-Axis-Down的两个分析步，，将Nlgeom设置为on，详细信息如下：

（5）进入Interaction模块

首先定义名为Fric02的接触属性

然后定义名为Axis-Hub的接触关系

（6）返回到Step模块，在“Output”中定义Historyoutput（名为：

H-Output-2）和DOFMonitor，具体信息如下所示：

（7）进入Load模块

依次定义名为Hub-Bot（类型为：

Dispalcement/Ratation，约束U2和UR3）、Hub-Right（类型为：

Dispalcement/Ratation，约束U1）、Axis-Left（类型为：

Dispalcement/Ratation，约束U1和UR3）的边界条件，分析步均为Initial

然后再创建名为Axis-Down-5mm的边界条件，分析步为Make-Contact，类型为Dispalcement/Ratation，在U2中输入-0.005；类似的，再新建名为Press-Axis-Down的边界条件，分析步为Press-Axis-Down，在U2中输入-0.12。

同时，将Axis-Down-5mm在分析步Press-Axis-Down下的Propagated变为Inactive。

如下图所示：

（8）进入mesh模块

Axis和Hub的网格划分是相同的，参数和操作方法完全一样。

先执行Seed—EdgebySize命令，在提示区输入0.005，同时在Constraints中选择Donotallowthenumberofelementstochange。

然后赋予单元类型，单元类型选择如下所示：

（9）进入Job模块，Submit结果如下所示：

（10）进入visualization模块，观察运行结果

1）分析步刚开始时Mises应力图如下所示：

2）分析步中间某时刻，Mises应力图如下所示：

3）分析步最后的Mises应力图如下所示：

4）HisoryOutput中CAREA（接触面积变化曲线）输出如下：

5）FieldOutput中，Mises值、U（Magnitude、U1、U2）输出如下所示：

6）过盈接触中各节点Lables如下所示：

（11）结果分析

1.由Mises应力图可知，在轴压入轴毂的过程中，轴上的最大应力值发生的位置为轴端以及轴与轴毂端面接触的位置，轴毂的最大应力出现在轴进入端。

2.由接触面积变化曲线知，在1s以前他们的接触为零；1s到2s过程中，接触面积不断加大，且成线性增加，最终达到0.08左右。

因为第一个分析步中，只是定义了两者的接触关系，所以接触面积为0，第二个分析步才开始进行过盈接触。

以轴毂内圈面积进行检验，

，考虑到轴端倒角的影响，基本与实际符合，说明模拟有效。

3.由场变量输出可知，装配过程中的最大Mises应力为401.753Mpa，最大应变为0.0569724，径向最大应变0.0568431，均出现在2号节点处。

这一点可通过过盈接触中各节点Lables选项卡看出。

在实际的结构设计中，综合上边的应力值及应力分布可知，一般要在端部布置一定长度的倒角或间隙到过盈配合的过渡段。

4.