Ansys體殼裝配與螺栓簡化

2017-04-21 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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。究其原因發現吸盤外殼中部出現大幅度凹陷,并且拉桿部位微量蠕變導致吸盤無法產生正常的吸力,再加上日常由于頻繁的抓放動作所產生的循環沖擊外載,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建三個中間節點如下,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面板創建中間節點與銷軸內孔的剛性區建立,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。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。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,分析類型為穩態,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