Ansys WB仿真分析：轴孔过盈配合性能评估

本期通过一个简单实例来介绍怎么通过ANSYS Workbench有限元分析工具来模拟过盈配合。

问题描述：一个圆环与空心轴过盈连接，过盈量2mm(半径方向)。求圆环与轴的最大变形，和最大等效应力。
       

1分析模型

模型通过WB DM(DesignModeler)绘制。如下图所示。从外到内，直径依次是100、70、45mm。拉伸厚度为18、10mm。材料钢。注意建模时：圆环的内径等于空心轴的外径。    

2分析流程图

添加了几何模型和静力学两个模块。
   

3接触

静力分析模块Static Structural会自动将所有低于某一特定值的间隙识别为绑定接触（bonded）,这需要自己手动修改接触类型为摩擦接触（Frictional）；Contact和target分别为空心轴的外表面和圆环的内表面；然后添加摩擦系数这里设为0.2。然后输入过盈量offset 2mm。(过盈输入正值，间隙输入负值) 接触设置如下图所示。
     

4网格

这个几何模型外形很规范可以将模型网格划分得规则一些，以便提高计算准确性。方法：对这两零件使用扫描方式划分，发现效果并不满意，然后再次划分选择两零件的边线进行等分80份。设置如下图。

划分效果如下：

注：由于该模型单元数量少，并不会给计算机造成多大的负担，而且节点排列规则有助于提供精度。所以这里使用六面体网格单元是合理的。
   

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          边界条件
         

          将空心轴内表面固定约束。
   

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          求解结果
         

          总变形云图如下
   

等效应力云图如下  

通过隐藏零部件很容易查看到单个零件的力和变形。

结论如下：

空心轴最大变形为0.236mm 最大应力为5836MPa。
   

圆环最大变形1.885mm，最大应力11478MPa。
   

其中圆环变形加上空心轴变形之和为2.121mm与2mm很接近。复合变形协调条件，仿真结果可信。
       

另外还计算了两种情况：①过盈量3mm，验证了圆环和轴的变形都变大并且两者之和接近3mm。②将offset设置为-2仿真间隙配合情况，结果是变形应力均为零，符合理论情况。这里不给其详细过程了，请有兴趣的读者自己验证。
       

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