非線性有限元分析論文專用夾具的有限元分析(編輯修改稿)
2024-07-10 22:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 薄弱的地方 ，并對 結(jié)構(gòu) 進行優(yōu)化等 [1]。本章將通過 ANSYS Workbench軟件 中 的 有限元仿真模擬的方式對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)分別進行靜力學(xué)仿真和模態(tài)分析，靜力學(xué)分析能夠驗證夾具材料是否安全，而模態(tài) 分析 能夠為夾具的動態(tài)設(shè)計特性提供參考 [2]。 第 2 章 夾具結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析 2 第 2 章 夾具 結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析 引言 靜力學(xué)分析是指用來計算不隨時間變化的載荷或者隨時間變化很緩慢近似可以認為不變化的載荷作用在結(jié)構(gòu)上的位移、應(yīng)力和應(yīng)變 [3]。 在對夾具結(jié)構(gòu)進行靜力學(xué)分析時，首 先要將三維作圖軟件繪制的夾具三維模型直接導(dǎo)入到 ANSYS Workbench軟件界面中，然后是在工程數(shù)據(jù)中選擇選定的材料或者自己擬定材料的相關(guān)參數(shù)，再者對夾具進行相關(guān)處理，包括對模型的網(wǎng)格劃分和受力加載與約束，并通過經(jīng)過軟件的分析即求解計算有限元分析模型，最后獲得夾具的應(yīng)力和位移的分布云圖。 ANSYS Workbench有限元軟件分析 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程領(lǐng)域?qū)τ邢拊夹g(shù)為主的 CAE技術(shù)不斷提高，CAE技術(shù)開始被更多的行業(yè)所重視。 ANSYS Workbench就是在這種環(huán)境下誕生的有限元仿 真軟件。 ANSYS Workbench軟件 的工程虛擬仿真技術(shù)能夠整合結(jié)構(gòu)參數(shù)、流體參數(shù)、電場參數(shù)、磁場參數(shù)、聲場參數(shù)于一體，也能更好的與多數(shù) CAD軟件接口適應(yīng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與交換。其視圖窗口的功能通過鼠標的拖拽操作即可完成復(fù)雜的多物理場仿真分析流程，所得結(jié)果也比較符合實際情況，能滿足工程技術(shù)要求。 ANSYS軟件主要分成三個模塊： (1) 前處理模塊，主要通過網(wǎng)格劃分實現(xiàn)構(gòu)造有限元模型。 (2) 分析模塊，主要是模擬多物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析和優(yōu)化分析等的能力。 (3) 后處理模塊，是將計算結(jié)果 以圖表、曲線等形式顯示或輸出。 幾何模型的建立 ANSYS Workbench軟件提供了兩種幾何建模方法 ， 分別是特征建模法和直接建模法。其中特征建模法依托于 Design Modeler程序 ， 采用特征描述、參數(shù)化的實體設(shè)計方法 ， 可方便構(gòu)造 2D草圖和 3D實體模型 ， 同時也可載入其它三維軟件的模第 2 章 夾具結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析 3 型。由于本套夾具模型較為復(fù)雜，所以將 SolidWorks建立的三維模型直接導(dǎo)入到Design Modeler中。 仿真前處理 輪轂立車一序夾具的材料統(tǒng)一設(shè)置成鋼，其彈性模量為 ? ，泊松比為。 建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)是劃分網(wǎng)格，由于劃分網(wǎng)格需要考慮的問題比較多，工作量也比較大，網(wǎng)格數(shù)目的多少也將影響模型分析結(jié)果的精度。模型網(wǎng)格的數(shù)目設(shè)置的越多，則有限元分析的計算精度將更高。因此所劃分網(wǎng)格的形式將對有限元仿真分析的精度和規(guī)模直接產(chǎn)生影響。為了建立能夠符合實際情況的有限元模型，所以要綜合考慮網(wǎng)格的數(shù)量、質(zhì)量、疏密、分界面和分界點、布局、單元階次、位移協(xié)調(diào)性、節(jié)點和單元編號等因素。 由于分析對象結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本文采用自由網(wǎng)格劃分的方式對其進行劃分，單元的大小統(tǒng) 一設(shè)置成為 10mm，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖 21所示，有限元模型共 380824個節(jié)點， 228590個單元。 接觸問題是高度非線性行為，同時 屬于不定 邊界 問題 ，其中包含由接觸面積變化、接觸壓力分布變化和摩擦作用產(chǎn)生的非線性問題。這種表面的非線性和邊界不定性使接觸問題的求解成為一個反復(fù)迭代過程。 ANSYS Workbench 有限元分析軟件具有強大的非線性分析能力。在分析本論文的夾具接觸問題時，可以在 Workbench 中定義兩個獨立相互接觸并相切為接觸。接觸的表面包含如下特征： (1) 兩 接觸 不會產(chǎn)生滲透； (2) 接 觸面 之間 可傳遞法向的壓縮力和切向的摩擦力； (3) 接觸面之間通常不傳遞法向拉伸力，即兩個接觸面可自由分離和相互移動。 接觸問題的分析屬于高度非線性， 求解時需要考慮其產(chǎn)生的 接觸穿透、接觸分離、剛體位移和結(jié)果不收斂等對 接觸面 不利的情況。夾 具體的接觸 部位 較多 ，所有 接觸 設(shè)置成綁定接觸 ，并采用增強的拉格朗日算法作為接觸算法進行仿真。 第 2 章 夾具結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析 4 圖 21 夾具有限元模型 模型的加載與約束 圖 22為模型的加載與約束。 圖 22 夾具加載與約束 (1) 當(dāng)
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