1、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
2、面之间有很大的相对滑动,所以模型要使用有限滑移(Finite sliding)。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Hu
3、b(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History output(名为:H-Output-2)和DOF Monitor,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
4、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
5、:(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SeedEdge by Size命令,在提示区输入0.005,同时在Constraints中选择Do not allow the number of elements to change。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)Hisory Output中CAREA(
6、接触面积变化曲线)输出如下:5)Field Output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.
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