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。
4.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。