Ansys體殼裝配與螺栓簡化

2017-04-21 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

裝配體分析相對來說會比較綜合,既要考慮到靜力分析的邊界合理設置,也要考慮到接觸非線性的收斂性,如果動力分析的話還會涉及到瞬態(tài)方面的問題,除此之外,裝配體分析特有的難點就是對模型的合理簡化。這主要是由于裝配體分析會涉及到接觸非線性,因此要想使結果正常收斂就需要根據(jù)分析重點對模型各部分進行簡化,盡量避免難以收斂的接觸分析。下面就同過一個實例說明一下如何利用hypermesh平臺完成ansys分析的前處理流程。

分析背景

家中肥皂吸盤由于長時間使用而報廢。究其原因發(fā)現(xiàn)吸盤外殼中部出現(xiàn)大幅度凹陷,并且拉桿部位微量蠕變導致吸盤無法產(chǎn)生正常的吸力,再加上日常由于頻繁的抓放動作所產(chǎn)生的循環(huán)沖擊外載,最終致使其無法使用。本次主要分析吸盤外殼與主承載部分的受力情況,不考慮拉桿的蠕變效應。實體模型如下:

簡化思路

為了減少計算量和便于網(wǎng)格劃分,因此將吸盤部分與盤體部分使用殼體建模,銷軸使用剛性區(qū)和梁單元代替,其余部分使用實體單元建模。考慮到吸盤緊吸時,吸盤與吸盤外殼緊靠,因此可以當成一體使用塑料屬性分析,而單獨將拉桿使用橡膠材料。

初步建模

首先在solidworks中建立好實體模型,然后分割出需要進行實體殼體分開建模的部分。然后另存為igs格式導入hypermesh中。將需要進行殼體建模的部分抽中面,得到基本模型如下:

對各部分進行網(wǎng)格劃分:

實體與殼體的裝配

在unity面板中的接觸向導中分別定義主承載部分與盤體,拉桿與吸盤的多點約束裝配,并更改接觸類型為始終綁定接觸(k12)。需要注意的是,實體與殼體的裝配應該將殼體作為接觸面,實體作為目標面,并且考慮殼體的厚度(k11),允許自動更新接觸剛度以便于收斂(k10),忽略所有初始穿透與間隙(k9),不自動調整接觸(k5),其他采用默認設置即可。

主承載部位吸盤的接觸對

由于初始狀態(tài)下主承載部位與吸盤具有較大的預緊力,因此忽略改力顯然不合理。這里預緊力的施加我使用的是接觸對偏移。首先建立主承載部位上端與吸盤的接觸對,然后設置接觸對偏移為0.3mm(cnof),更改關鍵字為僅考慮接觸斜坡偏移(k9),其他關鍵字設置與上面相同。然后建立主承載部位下端與吸盤的接觸對,改接觸對為正常接觸模型,關鍵字設置與上面相同,注意一定要更改考慮殼體厚度的關鍵字。

螺栓簡化

首先在三個銷軸孔部分創(chuàng)建三個中間節(jié)點如下,賦予質量單元屬性,并賦予質量單元極小的質量。然后使用rigids面板創(chuàng)建中間節(jié)點與銷軸內孔的剛性區(qū)建立,最后使用beam188連接三個質量單元并且釋放沿轉軸的轉動自由度以模擬銷軸連接。

材料與單元屬性

分別建立塑料與橡膠兩種材料屬性,并且創(chuàng)建質量單元,梁單元,殼單元,實體單元屬性,在unity的section面板下建立殼體的厚度與梁單元的截面參數(shù)。最后分別對應材料單元和截面到相應的組件中即可。

最終得到有限元模型如下:

邊界條件設置

約束吸盤外緣的所有節(jié)點自由度,并且在盤體上面施加大小約為100pa的均勻壓力,該力主要是通過單塊肥皂重量乘以沖擊系數(shù)然后除以加載面積估算,然后將不同約束和載荷置于不同的組件中以便于處理。

分析參數(shù)設置

在analysis面板建立兩個載荷步。第一步僅包含約束邊界以模擬預緊狀態(tài)。第二步同時包含約束與加載邊界。然后在control cards中添加求解的命令流。分別為進入后處理模塊,分析類型為穩(wěn)態(tài),打開自動時間步長,設置求解步為50~500,輸出所有子步,最后通過lssolve求解1~2子步。然后導出為ansys的cbd格式文件,在ansys讀取會自動進行分析。

后處理