基于ANSYS WORKBENCH得装配体有限元分析
模拟装配体得本质就就是设置零件与零件之间得接触问题。 装配体得仿真所面临得问题包括:
(1)模型得简化。这一步包含得问题最多。实际得装配体少得有十几个零件,多得有上百个零件。这些零件有得很大,如车门板;有得体积很小,如圆柱销;有得很细长,如密封条;有得很薄且形状极不规则,如车身;有得上面钻满了孔,如连接板;有得上面有很多小突起,如玩具得外壳。在对一个装配体进行分析时,所有得零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件,我们可以简化吗？如果可以简化,该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了,就是否会出现应力集中？就是否可以删除小孔,如果删除,就是否会刚好使得应力最大得地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以,那么,各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合得装配体中,我们可以对杆件进行抽象吗？或者只就是用实体模型？如果我们做了简化,那么这种简化对于结果造成了多大得影响,我们可以得到一个大致得误差范围吗？所有这些问题,都需要我们仔细考虑。
(2)零件之间得联接。装配体得一个主要特征,就就是零件多,而在零件之间发生了关系。我们知道,如果零件之间不能发生相对运动,则直接可以使用绑定得方式来设置接触。如果零件之间可以发生相对运动,则至少可以有两种选择,或者我们用运动副来建模,或者,使用接触来建模。如果使用了运动副,那么这种建模方式对于零件得强度分析会造成多大得影响？在运动副得附近,我们所计算得应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？
(3)材料属性得考虑。在一个复杂得装配体中所有得零件,其材料属性多种多样。我们在初次分析得时候,可以只考虑其线弹性属性。但就是对于高温,重载,高速情况下,材料得属性不再局限于线弹性属性。此时我们恐怕需要了解其中得每一种材料,它就是超弹性得吗？就是哪一种超弹性得？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它就是粘性得吗？它就是脆性得吗？它得属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？就是否存在应力钢化问题？如此众多得零件,对于每一个零件,我们都需要考察其各种各样得力学属性,这真就是一个丰富多彩得问题。
(4)有限元网格得划分。我们知道,通过WORKBENCH,我们只需要按一个按钮,就可以得到一个粗糙得网格模型。但就是如果从HYPERMESH得角度来瞧,ANSYS自动划分得网格,很多都就是不合理得,质量较差而不能使用。那么对于装配体中得每个零件,我们该如何划分网格？对于每一个
零件,我们就是否要对之进行切割形成规则得几何体后,然后尽量使用六面体网格？如果我们这样做得话,那么单单划分网格这一项,就要消耗我们大量得时间。而且,当这种网格划分完以后,我们还需要反复加密网格,反复计算,直到结果得收敛。就如同减速器这样得一个装配体,稍微粗略得划分网格,都就是10万多个节点,如果我们网格划分得细密一些,很容易上百万个节点。这么大量得节点,一般得笔记本与台式机计算起来都很困难。这给我们得仿真工作带来了极大得困扰。
这些问题都就是前处理中出现得。如何解决这些问题,恐怕要我们广大得CAE工程师与CAE研究人员共同努力,从各个侧面进行研究,得到一些个别得成果,然后在某些时候,再集成起来,得到具有普遍指导意义得方法与结论。 ANSYS WORKBENCH提供得六种接触类型
不少朋友提到了关于接触类型得问题,对于如何使用接触类型弄不清楚。为了帮助刚入门得朋友们了解这些接触类型,笔者首先翻译了ANSYS 关于接触类型得帮助,然后对之进行点评。
翻译得部分帮助如下:
ANSYS WORKBENCH提供了6种接触类型,这些接触类型大多只对面接触使适用。
(1)bonded、使用绑定以后,在接触面或者接触边之间不存在切向得相对滑动或者法向得相对分离。这就是缺省得接触类型,适用于所有得接触区域(实体接触,面接触,线接触)。
(2)no separation、这与绑定类似。在接触面或者接触线之间不允许发生法向得相对分离,但就是允许发生少量得切向无摩擦滑动。
(3)frictionless:用于模拟无摩擦得单边接触。所谓单边接触,就就是说,一旦两个物体之间出现了分离,则法向力就为零。因此当外力发生改变时,接触面之间可能会分开,也可能会闭合。这种情况下假设摩擦系数为零,即当发生切向相对滑动时,没有摩擦力。
(4)rough:与无摩擦接触类型相似。它模拟非常粗糙得接触,保证两个物体之间只就是发生静摩擦,而不会发生切向得滑移,从而不会产生滑动摩擦。它相当于在两个物体之间施加了无限大得摩擦系数。
(5)frictional:有摩擦得接触。这就是最实际得情况,两个接触面之间既可以法向分离,也可以切向滑动。当切向外力大于最大静摩擦力后,发生切向滑动。一旦发生切向滑动后,会在接粗面之间出现滑动摩擦力,该滑动摩擦力要根据正压力与摩擦系数来计算。此时需要用户输入摩擦系数。
(6)forced frictional sliding:该选项只对刚体动力学适用。它与frictional类型类似,只就是没有静摩擦阶段。此时,系统会在每个接触点上施加一个切向得阻力。该切向阻力正比于法向接触力。
到底使用哪种接触类型,取决于您需要解决得问题。如果(1)需要模拟两个物体之间轻微得分离(2)要获得接接触面附近得应力,那么可以考虑下列三种接触类型:frictionless,rough与frictional、它们可以模拟间隙,并能更精确得建模真实得接触区域。不过使用这三种接触会导致更长得求解时间,也可能会导致收敛问题。如果出现了收敛问题,那么可以对接触区域使用更细得网格。
笔者得点评如下:
装配体得分析中,如何对两个物体之间得连接关系进行建模就是一个关键技术问题。对于连接关系,总体考虑如下:
(1)如果两个相邻物体在分析中始终不会有相对运动,最好直接在DM中用多体部件来表达,这最省事。
(2)如果两个相邻物体在分析中存在相对运动,而我们并不关注其连接点附近得应力情况,那么用运动副来表述更简单。
(3)如果相邻两物体在分析中有相对运动,而且我们对这种相对运动得接触面及其附近点得应力情况感兴趣,那么使用接触。
关于接触类型得分类问题。
实际上,接触就就是依据两个物体之间就是否有切向与法向得相对分离来进行划分得。在两个相互接触得物体之间,也只能发生这两种运动。要么,在法线方向上可以分开;要么在切线方向上可以发生相对移动。
如果
(1)法线方向不可分开,切线方向也不可发生相对滑动,则使用boneded。
(2)法线方向不可分开,切线方向可以发生轻微得无摩擦滑动,则使用no separation、 (3) 法线方向可以分开,切线方向不可以发生相对滑动,则用rough、
(4) 法线方向可以分开,切线方向可以发生相对滑动,且没有摩擦力。则就是frictionless。 (5) 法线方向可以分开,切线方向可以发生相对滑动,存在摩擦力。则就是frictional。 基于Ansys Workbench得接触分析例子1
前面一篇基于Ansys经典界面得接触分析例子做完以后,不少朋友希望了解该例子在Workbench中就是如何完成得。我做了一下,与大家共享,不一定正确。毕竟这种东西,教科书上也没有,我只就是按照自己得理解在做,有错误得地方,恳请指正。
1.问题描述
一个钢销插在一个钢块中得光滑销孔中。已知钢销得半径就是0、5 units, 长就是2、5 units,而钢块得宽就是4 Units, 长4 Units,高为1 Units,方块中得销孔半径为0、49 units,就是一个通孔。钢块与钢销得弹性模量均为36e6,泊松比为0、3、
由于钢销得直径比销孔得直径要大,所以它们之间就是过盈配合。现在要对该问题进行两个载荷步得仿真。
(1)要得到过盈配合得应力。
(2)要求当把钢销从方块中拔出时,应力,接触压力及约束力。
2.问题分析
由于该问题关于两个坐标面对称,因此只需要取出四分之一进行分析即可。 进行该分析,需要两个载荷步:
第一个载荷步,过盈配合。求解没有附加位移约束得问题,钢销由于它得几何尺寸被销孔所约束,由于有过盈配合,因而产生了应力。
第二个载荷步,拔出分析。往外拉动钢销1、7 units,对于耦合节点上使用位移条件。打开自动时间步长以保证求解收敛。在后处理中每10个载荷子步读一个结果。
本篇只谈第一个载荷步得计算。 3.生成几何体
装配体有限元分析
