基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析.doc

基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析如下图所示，将轴缓缓压入轴毂中，轴和毂之间在径向有8mm的过盈量，轴毂固定，两者的材料均为钢，弹性模量为2.06E11Pa，泊松比为0.3，摩擦系数为0.2。分析装配过程中轴和轴毂的应力应变情况。问题分析（1） 本题主要分析装配过程中结构的静态响应，所以分析步选择通用静态分析步。（2） 本题由于为过盈配合，属于大变形，故应考虑几何非线性的影响。（3） 模型具有轴对称性，所以可以采取轴对称模型来进行分析，这样可以节省计算时间。（4） 为了方便收敛，分析步可以分成两步，第一步建立两者间的接触关系，第二步完成过盈装配。（5） 接触面之间有很大的相对滑动，所以模型要使用有限滑移（Finite sliding）。ABAQUS/CAE分析过程如下：（1） 进入Part模块，创建Name为Axis的部件在草图环境中输入（0,0），（0.1,0），（0.1,0.12），（0.13,0.12），（0.13,0.28），（0,0.28），（0,0）同时为轴部件端部切割出一78度角的倒角同样再创造一Name为Hub的部件，设置与Axis一样，在草图环境中输入利用Rectangle工具创建一矩形，两角点为（0.09992,0）和（0.19992，-0.12）（2） 进入property模块，定义材料属性并将定义的材料属性赋予给Axis和Hub（3） 进入Assembly模块，创建两者间的装配关系（4） 进入step模块定义名为Make-Contact和Press-Axis-Down的两个分析步，将Nlgeom设置为on，详细信息如下：（5） 进入Interaction模块首先定义名为Fric02的接触属性然后定义名为Axis-Hub的接触关系（6） 返回到Step模块，在“Output”中定义History output（名为：H-Output-2）和DOF Monitor，具体信息如下所示：（7） 进入Load模块依次定义名为Hub-Bot（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U2和UR3）、Hub-Right（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U1）、Axis-Left（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U1和UR3）的边界条件，分析步均为Initial然后再创建名为Axis-Down-5mm的边界条件，分析步为Make-Contact，类型为Dispalcement/Ratation，在U2中输入-0.005；类似的，再新建名为Press-Axis-Down的边界条件，分析步为Press-Axis-Down，在U2中输入-0.12。同时，将Axis-Down-5mm在分析步Press-Axis-Down下的Propagated变为Inactive。如下图所示：（8） 进入mesh模块Axis和Hub的网格划分是相同的，参数和操作方法完全一样。先执行SeedEdge by Size命令，在提示区输入0.005，同时在Constraints中选择Do not allow the number of elements to change。然后赋予单元类型，单元类型选择如下所示：（9） 进入Job模块，Submit结果如下所示：（10） 进入visualization模块，观察运行结果1）分析步刚开始时Mises应力图如下所示：2）分析步中间某时刻，Mises应力图如下所示：3）分析步最后的Mises应力图如下所示：4）Hisory Output中CAREA（接触面积变化曲线）输出如下：5）Field Output中，Mises值、U（Magnitude、U1、U2）输出如下所示：6）过盈接触中各节点Lables如下所示：（11） 结果分析1. 由Mises应力图可知，在轴压入轴毂的过程中，轴上的最大应力值发生的位置为轴端以及轴与轴毂端面接触的位置，轴毂的最大应力出现在轴进入端。2. 由接触面积变化曲线知，在1s以前他们的接触为零；1s到2s过程中，接触面积不断加大，且成线性增加，最终达到0.08左右。因为第一个分析步中，只是定义了两者的接触关系，所以接触面积为0，第二个分析步才开始进行过盈接触。以轴毂内圈面积进行检验，考虑到轴端倒角的影响，基本与实际符合，说明模拟有效。3. 由场变量输出可知，装配过程中的最大Mises应力为401.753Mpa，最大应变为0.0569724，径向最大应变0.056