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黄友剑、株洲时代橡塑股份有限公司、株洲、412007
生活中，接触是极为普遍、简单的过程，如人与人之间的相互握手，人在溜冰场溜冰；在工程上，接触问题更是举不胜举，如汽车在马路上行驶，将钉子压入木板等等。这些看似简单的问题，在虚拟世界中，要模拟出接触类问题则是相当复杂的过程。因为在力学中，接触问题是高度非线性行为，在分析接触问题时，存在两个难点：1、接触区是未知的，随载荷、材料、边界条件的改变，接触区会相应发生变化；2、接触问题涉及到摩擦，摩擦使得问题的收敛变得困难。要成功完成收敛，需要对接触进行全面了解，并理解问题的特性和建立合理的数学模型，本文通过一个典型的超弹材料—橡胶筒的过盈配合的例子，探讨此类问题的求解方法和求解特性。
一个圆柱形的橡胶筒，压入一个半径比橡胶筒小的铁柱内，如图所示，由于是过盈装配，接触后的状态实际上是以内力的形式存在的，压装后不存在任何外力，铁件与橡胶筒构成了一个整体（即产品内部形成了一定的预应力），在此基础上，产品在使用过程中反复承受径向力、轴向力，因此分析此产品时，也应先分析形成内应力的接触过程，然后在分析产品径向、轴向受力。
此主题相关图片如下：
图一：橡胶筒与工装
此主题相关图片如下：
图二：FEA模型图
从以上讨论可知，成功模拟周向过盈装配是问题的关键，根据我们对此类问题的理解，压入后的接触状态应是唯一的，因此，在分析时，我们可借助ANSYS初始穿透功能来实现，本分析是以橡胶筒和铁中点心点为原点建立模型，如图二所示，根据加载条件的不同，可分别使用56号、58号超弹单元模拟橡胶变形，使用169、1720分别模拟目标、接触单元，并将接触区别定义为接触对，即：
NSEL，S，TRAG ！TRAG为目标单元组元
TPYE，2 ！TYPE，,2 为目标单元
REAL，2 ！REAL，2 为实常数
MAT，2 ！MAT, 2 为接触磨擦系数
ESURF，ALL ！ESURF 形成目标单元
NSEL，S，CONT ！CONT为接触单元对
TYPE，3 ！ TYPE,3 为接触单元
REAL，2
MAT，2
ESURF，ALL ！形成接触单元
ALLS
为完成接触自动偏移功能，可设置如下：
KEYOPT（9）=2 或 KEYOPT（9）=4
KBC=0
同时，初始过盈过程虽不能施加非零载荷，但应施加零位移时，以防止发生刚体位移。
对实常数的设置，我认为Pinball应设置大些，但如有几个接触区域（如径向受载时的分析），则应使Pinball设置为默认状态，以使它启动自动识别功能，而不能人为识定初始接触环值，否则，分析不能进行下去，同时，应使子步设置的足够大。
同时，为便于收敛，在过盈接触时，可认为接触是粗糙的或捆绑的，因此，可设为：
KEYOPT（12）=6 或 KEYOPT（12）=2
在进行过盈接触和径向受载分析时，其最后的效果为图三所示，其动画见附件一。
在进行过盈接触和橡胶筒承受轴向载荷时，其最后的效果为图四所示，其动画见附件二。
此主题相关图片如下：
图三：径向受载效果图
此主题相关图片如下：
图四：轴向受载效果图
贴图请看 http://www.dytrol.com/dispbbs.asp?boardID=12&ID=5034&page=1 |
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发表于 2004-8-1 08:48:37
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