Ansys體殼裝配與螺栓簡(jiǎn)化

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

裝配體分析相對(duì)來說會(huì)比較綜合,既要考慮到靜力分析的邊界合理設(shè)置,也要考慮到接觸非線性的收斂性,如果動(dòng)力分析的話還會(huì)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(diǎn)就是對(duì)模型的合理簡(jiǎn)化。這主要是由于裝配體分析會(huì)涉及到接觸非線性,因此要想使結(jié)果正常收斂就需要根據(jù)分析重點(diǎn)對(duì)模型各部分進(jìn)行簡(jiǎn)化,盡量避免難以收斂的接觸分析。下面就同過一個(gè)實(shí)例說明一下如何利用hypermesh平臺(tái)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(shí)間使用而報(bào)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(dǎo)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(dòng)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(yīng)。實(shí)體模型如下:

簡(jiǎn)化思路

為了減少計(jì)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?jiǎn)卧?其余部分使用實(shí)體單元建模。考慮到吸盤緊吸時(shí),吸盤與吸盤外殼緊靠,因此可以當(dāng)成一體使用塑料屬性分析,而單獨(dú)將拉桿使用橡膠材料。

初步建模

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

對(duì)各部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分:

實(shí)體與殼體的裝配

在unity面板中的接觸向?qū)е蟹謩e定義主承載部分與盤體,拉桿與吸盤的多點(diǎn)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(shí)體與殼體的裝配應(yīng)該將殼體作為接觸面,實(shí)體作為目標(biāo)面,并且考慮殼體的厚度(k11),允許自動(dòng)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(dòng)調(diào)整接觸(k5),其他采用默認(rèn)設(shè)置即可。

主承載部位吸盤的接觸對(duì)

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

螺栓簡(jiǎn)化

首先在三個(gè)銷軸孔部分創(chuàng)建三個(gè)中間節(jié)點(diǎn)如下,賦予質(zhì)量單元屬性,并賦予質(zhì)量單元極小的質(zhì)量。然后使用rigids面板創(chuàng)建中間節(jié)點(diǎn)與銷軸內(nèi)孔的剛性區(qū)建立,最后使用beam188連接三個(gè)質(zhì)量單元并且釋放沿轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhì)量單元,梁?jiǎn)卧?殼單元,實(shí)體單元屬性,在unity的section面板下建立殼體的厚度與梁?jiǎn)卧慕孛鎱?shù)。最后分別對(duì)應(yīng)材料單元和截面到相應(yīng)的組件中即可。

最終得到有限元模型如下:

邊界條件設(shè)置

約束吸盤外緣的所有節(jié)點(diǎn)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(shè)置

在analysis面板建立兩個(gè)載荷步。第一步僅包含約束邊界以模擬預(yù)緊狀態(tài)。第二步同時(shí)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(jìn)入后處理模塊,分析類型為穩(wěn)態(tài),打開自動(dòng)時(shí)間步長,設(shè)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(dǎo)出為ansys的cbd格式文件,在ansys讀取會(huì)自動(dòng)進(jìn)行分析。

后處理