Ansys15.0螺纹接触分析(经典版和WB版).pdf

ANSYS15.0螺纹接触分析(经典版和WB版)河南平顶山人，09年大连理工大学工程机械硕士毕业，CAD/CAE工程师，仿真论坛Ansys WB 版主；主要从事游乐设备设计、计算、有限元仿真，3D建模、CAD制图、撰写设计计算说明书、申报鉴定文件，并对游乐设备设计、制造、申报鉴定流程提供指导。主讲人：赵九峰赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途为了便于机械设备的制造、安装，广泛的使用各种连接，螺纹连接为一种可拆卸的连接方式，起到零部件的紧固作用，要求保证连接强度，有时还要求紧密性。如图的机械设备中的螺纹连接。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途Ansys15.0之前的版本中，精确的模拟螺纹连接，需要建立精细化的模型，螺纹部位需要细小的单元，由于模型的复杂性，使得螺纹分析变得十分困难，常常用二维轴对称去近似模拟，但螺栓在设备中的载荷很复杂（拉压、弯曲、剪切等），多数情况下不能简化为轴对称模型。在Ansys15.0中，增加了螺纹连接的快速模拟方式，设定螺纹截面（类似建立梁截面用线单元分析桁架结构），不需要精细化的螺纹模型，可实现相对精确螺纹分析；本讲通过经典Ansys和WB两种方式介绍螺纹连接，仅对关键步骤进行讲解（如有疑问，可通过QQ，邮箱或电话联系）。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途1 经典Ansys螺纹连接经典Ansys的螺纹连接分为4步：1分别建立接触面节点组和目标面节点组；2、建立接触单元和目标单元，并选择合适的单元属性和摩擦系数；3、建立螺纹截面，指定螺纹的中径、螺距、升角以及螺纹的长度；4、选择步骤1的接触面节点组，赋属性（接触单元、材料属性、螺纹截面）并生成接触单元；选择步骤1的目标单元，赋属性并生成目标单元。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途1.1 建立接触面节点组和目标面节点组 建立节点组的目的，是为了方便划分接触单元和目标单元，提前建立节点组，为第四步划分单元提供便利。划分网格后（选择实体单元、赋材料属性、划分网格不再累述），选择接触面上的节点，建立节点组，并命名，如sur；同理，选择目标面节点，建立节点组，命名如tar。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途1.2 建立接触单元和目标单元 建立接触单元和目标单元（和选择的实体单元有关，实体单元如果选择186，则选接触单元174和目标单元170，目的是保证节点一致）。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途选择接触单元的属性，选择接触探测方法为Surface Projiection/CP的节点探测方式，并定义在每个迭代的载荷步中，接触刚度随接触变化而进行更新。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途定义螺纹连接的接触摩擦系数。如定义摩擦系数为0.15。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途1.3 建立螺纹截面，并赋截面属性螺纹截面属性包括截面ID号、截面类型；螺纹的公称直径、螺距、升角以及螺纹的长度。所图例，ID号为2、界面类型为Bolt，即螺栓。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途所图例，螺纹的中径116mm、螺距6mm、升角30以及螺纹的长度为162，同时也表明螺纹的中心轴为Y轴（一路点击OK即可完成螺纹截面属性定义）。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途1.4 选择节点组，赋属性并生成接触单元；选择第一步建立的接触面节点组，如sur；赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途给选择的接触面节点组赋接触单元属性，如选择单元174，截面为bol，即第三步建立的截面；并划分出接触单元。同理，选择的目标面节点组赋目标单元属性（目标单元不用指定截面），并划分出目标单元。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途至此，在经典Ansys15.0中完成了螺纹的创建，接着可施加载荷约束（模型中的载荷为螺栓预紧力），并进行求解运算，接触为非线性计算，可设多载荷步计算。为了便于观察，取截面应力，同时可查看整个螺纹的接触状态。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途2 WorkBench 螺纹连接Workbench的螺纹连接分为3步：1、建立局部坐标系，用以表明螺纹的轴线以及螺纹的起点和终点；2、建立螺纹接触，选择凸面为接触面，凹面为目标面；在接触细节选项中，设定接触类型、摩擦系数、接触探测方式、刚度迭代更新；3、在接触选项的几何更改中，选择Bolt Thread选项，然后指定螺纹的中径、螺距、升角、线数、旋转方向以及螺纹的长度。相对于经典Ansys，WB中进行螺纹分析，简单快捷，容易掌握。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途2.1 建立局部坐标系建立局部坐标系，是用以指明螺纹的轴线和长度（WB中经常用到建立局部坐标系，本例中还要施加螺栓预紧力，因此还要要建立局部的柱坐标系，Z向为预紧力的方向），由于起点在总体坐标系原点，因此仅建立一个终点的局部坐标系。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途2.2 建立螺纹接触选择螺栓外表面为接触面，螺孔内表面为目标面；在接触细节选项中，设定接触类型为摩擦接触、摩擦系为0.15、接触探测方式Projected Normal From Contact、刚度更新方式：Each Iteration，表明每迭代一次，更新一下接触刚度；赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途2.3 接触选项中设定Bolt Thread选项接触几何更改里面选择：Bolt Thread，方向选择：Revolute Axis，起点为全局坐标系，终点为第一步建立的局部坐标系；如图例子：螺纹的中径116mm、螺距6mm、升角30，单线右旋螺纹。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途至此，在WorkBench中完成了螺纹接触的创建，接着可施加载荷约束（模型中的载荷为螺栓预紧力），并进行运算求解；为了便于观察，取截面应力，同时可查看整个螺纹的接触状态。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途3 小结对精细化建模、螺纹截面分析、光滑接触面绑定分析比较螺纹截面分析方法，得出的结果和精细化建模的结果接近，而计算时间和建模方法大为简便。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途通过以上两种方式，分别在经典Ansys和WorkBench中，完成螺纹的分析，由于较为匆忙，网格较为粗糙；在项目课题中，要加密网格，特别是螺纹接触部位，网格单元要小于螺距；由于篇幅有限，对于建模、材料属性、网格划分以及载荷约束设置可参考相应教材，另外螺栓分析往往含有预紧力的作用，可单独学习螺栓预紧力分析，在此文中的预紧力设置 不予讲解；螺栓在大型设备中，载荷形式复杂，可利用子模型分析，对局部进行螺纹分析；本讲仅对三维模型进行分析，二维螺纹分析雷同，可比较练习。赵九峰 作品未经作者同意，请勿转载或用于商业用途谢谢！赵九峰：河南平顶山人，09年大连理工大学工程机械硕士毕业，CAD/CAE工程师，仿真论坛Ansys WB 版主；主要从事游乐设备设计、计算、有限元仿真，3D建模、CAD制图、撰写设计计算说明书、申报鉴定文件，并对游乐设备设计、制造、申报鉴定流程提供指导。掌握三维Solidworks的应用技能，熟练应用Solidworks的钣金模块、焊件模块和工程图模块；熟练使用ANSYS、Workbench等做机械相关领域的结构计算和仿真分析；掌握LS_DYNA的冲击分析和ADAMS的动力学分析；熟练使用ICEM前处理软件，勾画出任意结构的六面体网格。