基于有限元軟件ABAQUS的過盈接觸分析

1、如下圖所示，將軸緩緩壓入軸轂中，軸和轂之間在徑向有8mm的過盈量，軸轂固定，兩者的材料均為鋼，彈性模量為2.06E11Pa，泊松比為0.3，摩擦系數(shù)為0.2。分析裝配過程中軸和軸轂的應(yīng)力應(yīng)變情況。問題分析（1） 本題主要分析裝配過程中結(jié)構(gòu)的靜態(tài)響應(yīng)，所以分析步選擇通用靜態(tài)分析步。（2） 本題由于為過盈配合，屬于大變形，故應(yīng)考慮幾何非線性的影響。（3） 模型具有軸對稱性，所以可以采取軸對稱模型來進(jìn)行分析，這樣可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。（4） 為了方便收斂，分析步可以分成兩步，第一步建立兩者間的接觸關(guān)系，第二步完成過盈裝配。（5） 接觸面之間有很大的相對滑動(dòng)，所以模型要使用有限滑移（Finite slid

2、ing）。ABAQUS/CAE分析過程如下：（1） 進(jìn)入Part模塊，創(chuàng)建Name為Axis的部件在草圖環(huán)境中輸入（0,0），（0.1,0），（0.1,0.12），（0.13,0.12），（0.13,0.28），（0,0.28），（0,0）同時(shí)為軸部件端部切割出一78度角的倒角同樣再創(chuàng)造一Name為Hub的部件，設(shè)置與Axis一樣，在草圖環(huán)境中輸入利用Rectangle工具創(chuàng)建一矩形，兩角點(diǎn)為（0.09992,0）和（0.19992，-0.12）（2） 進(jìn)入property模塊，定義材料屬性并將定義的材料屬性賦予給Axis和Hub（3） 進(jìn)入Assembly模塊，創(chuàng)建兩者間的裝配關(guān)系（4） 進(jìn)

3、入step模塊定義名為Make-Contact和Press-Axis-Down的兩個(gè)分析步，將Nlgeom設(shè)置為on，詳細(xì)信息如下：（5） 進(jìn)入Interaction模塊首先定義名為Fric02的接觸屬性然后定義名為Axis-Hub的接觸關(guān)系（6） 返回到Step模塊，在“Output”中定義History output（名為：H-Output-2）和DOF Monitor，具體信息如下所示：（7） 進(jìn)入Load模塊依次定義名為Hub-Bot（類型為：Dispalcement/Ratation，約束U2和UR3）、Hub-Right（類型為：Dispalcement/Ratation，約束U1

4、）、Axis-Left（類型為：Dispalcement/Ratation，約束U1和UR3）的邊界條件，分析步均為Initial；類似的，再新建名為Press-Axis-Down的邊界條件，分析步為Press-Axis-Down，在U2中輸入-0.12。同時(shí)，將Axis-Down-5mm在分析步Press-Axis-Down下的Propagated變?yōu)镮nactive。如下圖所示：（8） 進(jìn)入mesh模塊Axis和Hub的網(wǎng)格劃分是相同的，參數(shù)和操作方法完全一樣。先執(zhí)行SeedEdge by Size命令，在提示區(qū)輸入0.005，同時(shí)在Constraints中選擇Do not allow t

5、he number of elements to change。然后賦予單元類型，單元類型選擇如下所示：（9） 進(jìn)入Job模塊，Submit結(jié)果如下所示：（10） 進(jìn)入visualization模塊，觀察運(yùn)行結(jié)果1）分析步剛開始時(shí)Mises應(yīng)力圖如下所示：2）分析步中間某時(shí)刻，Mises應(yīng)力圖如下所示：3）分析步最后的Mises應(yīng)力圖如下所示：4）Hisory Output中CAREA（接觸面積變化曲線）輸出如下：5）Field Output中，Mises值、U（Magnitude、U1、U2）輸出如下所示：6）過盈接觸中各節(jié)點(diǎn)Lables如下所示：（11） 結(jié)果分析1. 由Mises應(yīng)力圖可知，在軸壓入軸轂的過程中，軸上的最大應(yīng)力值發(fā)生的位置為軸端以及軸與軸轂端面接觸的位置，軸轂的最大應(yīng)力出現(xiàn)在軸進(jìn)入端。2. 由接觸面積變化曲線知，在1s以前他們的接觸為零；1s到2s過程中，接觸面積不斷加大，且成線性增加，最終達(dá)到0.08左右。因?yàn)榈谝粋€(gè)分析步中，只是定義了兩者的接觸關(guān)系，所以接觸面積為0，第二個(gè)分析步才開始進(jìn)行過盈接觸。以軸轂內(nèi)圈面積進(jìn)行檢驗(yàn)，考慮到軸端倒角的影響，基本與實(shí)際符合，說明模擬有效。3. pa，最大應(yīng)變?yōu)?.0569724，徑向最大應(yīng)變0.0568431，均出