【正文】 DL)ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL(Ansys Parametric Design Language)是一種解釋性語言，可以用于根據(jù)參數(shù)來建立、分析有限元模型。APDL擴展了ANSYS在傳統(tǒng)有限元分析范圍之外的能力，并擴充了更高級運算，包括靈敏度研究、零件庫參數(shù)化建模、諸如參數(shù)、函數(shù)、循環(huán)、宏和用戶程序等。使用這些特性，可以創(chuàng)建一個控制方案，使程序在特定的應用范圍內(nèi)發(fā)揮最大效率。APDL語言的編寫也十分方便，調(diào)試簡單。只需打開文本編輯器，如寫字板、記事本等就可以進行編寫參數(shù)化命令流。然后在ANSYS 程序的輸入窗口直接輸入文本文件的完整文件名就可以實現(xiàn)調(diào)用。進行有限元分析的標準過程包括:定義模型及其載荷、求解沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文23和解釋結(jié)果，假如求解結(jié)果表明有必要修改設(shè)計例如在優(yōu)化設(shè)計時，就必須改變模型的幾何形狀并重復上述的步驟，特別當模型較復雜或修改較多時，這個過程可能很繁雜和費時的。ANSYS 參數(shù)化設(shè)計語言 APDL用建立智能分析的手段為用戶提供了自動完成上述循環(huán)的功能，也就是說程序的輸入可設(shè)定為根據(jù)指定的函數(shù)、變量以及選出的分析標準做出決定。APDL允許復雜的數(shù)據(jù)輸入，使用戶實際上對任何設(shè)計或分析屬性有控制權(quán)，例如尺寸、材料、載荷、約束位置和網(wǎng)格密度等。APDL擴展了傳統(tǒng)有限元分析范圍之外的能力，并擴充了更高級運算包括靈敏度研究、零件庫參數(shù)化建模、設(shè)計修改及設(shè)計優(yōu)化。APDL的功能主要有:參數(shù)、數(shù)組參數(shù)、表達式和函數(shù)、分支和循環(huán)、重復功能和縮寫、宏、用戶程序。，允許按用戶需求改變該程序以滿足特定的建模和分析需要。通過精心計劃，用戶能創(chuàng)建一個高度完善的控制方案，該方案將在特定的應用范圍內(nèi)使程序發(fā)揮最大效率。 建立大型鋼制軸承的參數(shù)化有限元模型 表 大型鋼制軸承參數(shù)參數(shù)名稱外徑D1mm內(nèi)徑d mm滾珠個數(shù) Z球徑Dw mm滾道曲率半徑 mm彈性模量E Pa泊松比γ軸向受力N參數(shù)值 4000 2800 23 300 162 x1011 4000000。利用APDL語言編寫模型生成命令流，或log文件。將命令流復制到命令對話框內(nèi)，就可自動生成有限元模型。由于建模的尺寸要遠遠大于第一章中模型的尺寸，因此造成在同等網(wǎng)格劃分的情況下，數(shù)據(jù)量大量增加，求解時間也增長。沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文24載荷參數(shù)網(wǎng)格控制參數(shù)幾何模型參數(shù)實常數(shù)參數(shù)有 限 元 模 型 參 數(shù)材料特性參數(shù) 參數(shù)化有限元建?；玖鞒虉D 參數(shù)設(shè)定及單元和材料的定義用*set命令將需要變化的量設(shè)定為參數(shù)變量，在參數(shù)化建模的過程中依據(jù)本課題推力球軸承的結(jié)構(gòu)特點和本課題的后續(xù)工作的要求，對幾何模型的參數(shù)幾乎全部采用參數(shù)化，載荷也采用參數(shù)化形式。用et命令分別設(shè)定三種單元solid95 、solid92和plane82,設(shè)定plane82的目的主要是定義掃掠前“源目標面”的網(wǎng)格劃分單元，在掃掠時，可以通過設(shè)定將該單元刪除。用mp,ex和mp,prxy分別設(shè)定材料的彈性模量和泊松比。 建立參數(shù)化幾何模型并劃分網(wǎng)格通過坐標系的變化及布爾運算建立其模型，具體命令流，不再贅述。在網(wǎng)格劃分前需要將局部細化的表面和原來的表面分割開來，可以通過 wpoffs 命令將，工作平面移動到合適的位置，然后通過 asbw 命令將需要分割的表面進行分割。分割完成后的表面如圖 和圖 。通過 vatt 命令分別給滾道賦 solid95 單元屬性,給滾動體賦 solid92單元屬性。用 ldiv 命令將與滾動體接觸的弧線分割成三段，再用 lesize 命令進行劃分。源目標面的網(wǎng)格劃分情況如圖 。為了生成規(guī)則的網(wǎng)格形狀，通過 lccat 命令將用 ldiv命令分割的弧線再連接起來，如圖 所示。令 mshkey 的值為 1（采用映射網(wǎng)格劃分），然后用 amesh 命令劃分網(wǎng)格，完成以后的圖形如圖 所示，再用 vsweep 命令對滾道進行掃掠，完畢后的圖形如圖 所示。最后用 vmesh 和 arefine 命令完成對滾動體的網(wǎng)格劃分和局部網(wǎng)格細化。沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文25 圖 滾道的表面分割情況 圖 滾動體的表面分割情況 圖 源目標網(wǎng)格劃分情況 圖 掃掠前源目標網(wǎng)格劃分情況圖 源目標面的網(wǎng)格劃分沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文26 建立接觸對的命令流首先建立目標面單元，其具體命令流如下：ET,4,TARGE170 創(chuàng)建目標單元類型KEYOPT,4,1,1 設(shè)置單元階次為高階ET,5,CONTA174 創(chuàng)建接觸單元類型KEYOPT,5,5,1 打開閉合間隙開關(guān)KEYOPT,5,8,0 設(shè)置非對稱接觸選項為關(guān)KEYOPT,5,10,2 接觸剛度升級設(shè)為每次迭代均升級KEYOPT,5,12,1 面接觸行為設(shè)為粗糙TYPE,4 指定接寫下來要創(chuàng)建的單元類型MAT,1 指定其材料號REAL,1 指定其實常數(shù)號R,1,,0, 定義滲透容限ESYS,0 設(shè)定單元坐標系SECNUM, TSHAP,QUA8 指定目標單元形狀為 8 節(jié)點四邊形ASEL,S, , ,9ASEL,A,33ASEL,A,25ASEL,A,27 選定滾道上的四個接觸表面NSLA,S,1 選定四個面上的所有的節(jié)點NPLOT 顯示節(jié)點CM,TARNOD1,NODE 將所選取的節(jié)點組成一個組名為“TARNOD1”的組CMSEL,S,TARNOD1 選取組“TARNOD1”ESLN,S 選取與節(jié)點相關(guān)的單元CM,TARTLE11,ELEM 將所選取的單元組成一個組名為“TARTLE11”的組CMSEL,S,TARTLE11 選取組“TARTLE11”ESURF,TOP, 在該組單元上創(chuàng)建目標單元沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文27創(chuàng)建接觸單元，具體命令流如下：TYPE,5 指定接寫下來要創(chuàng)建的單元類型MAT,1 指定其材料號REAL,1 指定其實常數(shù)號ESYS,0 設(shè)定單元坐標系SECNUM, TSHAP,TRI6 指定接觸單元形狀為 6 節(jié)點三角形ASEL,S, , ,18 選擇滾動體上的接觸表面NSLA,S,1 選擇與該表面相關(guān)的單元NPLOT 顯示節(jié)點CM,CONTNOD1, NODE 將所選取的節(jié)點組成一個組名為 “CONTNOD1”的組CMSEL,S, CONTNOD1 選取組“CONTNOD1”ESLN,S 選取與節(jié)點相關(guān)的單元CM,CONELE11,ELEM 將所選取的單元組成一個組名為“CONELE11”的組CMSEL,S,CONELE11 選取組“TARTLE11”ESURF,TOP 在該組單元上創(chuàng)建接觸單元兩外一組接觸對的命令流與此相似。 建立邊界條件及載荷的命令流建立邊界條件及載荷的命令流如下：WPCSYS,1,0 令工作平面和總體坐標平面重合KWPAVE, 100 將工作平面移動到點 100 即軸承中心點處WPRO, 將工作平面繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)90 度CSWPLA,11,1,1,1, 以工作平面的原點為中心定義局部坐標系 11ASEL,S, , ,11ASEL,A,36ASEL,A,72ASEL,A,80 選取 4 個剖面NSLA,S,1 選取與剖面相關(guān)的節(jié)點沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文28NPLOT 顯示節(jié)點NROTAT,ALL 將節(jié)點坐標系旋轉(zhuǎn)到當前坐標系下DSYM,SYMM,Y,11, 施加對稱邊界約束條件ALLSEL,ALL 選取全部項ASEL,S, , ,13 ASEL,A,74 選取軸圈的上表面NSLA,S,1 選取與上表面相關(guān)的節(jié)點CSYS,11, 將局部坐標系 11 設(shè)置為當前坐標系NROTAT,ALL 將與上表面相關(guān)的節(jié)點坐標系旋轉(zhuǎn)到局部坐標系下CP,1,UZ,ALL 將節(jié)點施加沿 Z 軸方向的耦合約束SF,ALL,PRES,P 在節(jié)點上施加力 PASEL,S, , ,73ASEL,A,12 選取軸圈的內(nèi)側(cè)表面ASEL,A,5ASEL,A,67 選取座圈的外側(cè)表面NSLA,S,1 選取與表面相關(guān)的節(jié)點NPLOT 顯示選取的節(jié)點 NROTAT,ALL 將選取的節(jié)點的節(jié)點坐標系旋轉(zhuǎn)到局部坐標系下D,ALL, , , , , ,UX, , , , , 約束其沿 X 的方向的位移即徑向位移ALLSEL,ALL 選取全部項DA,1,ALLDA,65,ALL 將座圈下底面的所有位移都進行約束CSYS,0, 轉(zhuǎn)換到全局坐標系下ALLSEL,ALL 選取全部項EPLOT 顯示所有單元 設(shè)置求解的命令流設(shè)置求解的命令流如下：沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文29ANTYPE,STATIC 指定求解類型 NSUBST,10,0,0 指定載荷步為 10AUTOTS,0 關(guān)閉自動時間步NEQIT,30 最大平衡迭代次數(shù)設(shè)為 30SOLVE 求解模型SAVE 保存求解結(jié)果 確定大型鋼制推力球軸承的基本額定靜載荷 基本額定靜載荷的含義如果處于相對靜止狀態(tài)的軸承施加過大載荷，軸承滾道與滾動體之間的彈性變形將轉(zhuǎn)化為塑性變形，解除載荷后，會留下壓痕，也稱布氏壓痕。因為滾動軸承的套圈與滾動體的硬度基本相同，所以壓痕不僅使?jié)L道面留下“凹陷” ，滾動體表面也會留下“凹陷”。只是滾動體的曲率半徑較小，實際上留下的不是“凹陷”，而是“ 凹陷”部的曲率變大（見圖 ） 。直 徑 DwR變 形 后變 形 前變 形 前變 形 后圖 滾道與滾動體的壓痕軸承內(nèi)部產(chǎn)生壓痕后，旋轉(zhuǎn)時將引起振動，噪聲以及摩擦力矩的變化等，使軸承不能正常工作，甚至成為發(fā)生早期疲勞破壞的原因。再之，如果對軸承施加足以發(fā)生壓痕的過大載荷，并進行旋轉(zhuǎn)，壓痕將向整個滾道面蔓延，使溝道曲率發(fā)生變化，從而降低軸承性能。所以，不能對軸承施加過大載荷。為此，對壓痕的深度設(shè)定一個極限值，與其對應的軸承載荷稱為極限靜載荷。 對各種接觸形狀的的試樣進行試驗研究后認為，在滾道和滾動體的接觸處，沈陽航空工業(yè)學院碩士學位論文30滾道上產(chǎn)生的壓痕深度 δR 與滾動體上產(chǎn)生的壓痕深度 δB 之和（δ R+δB）為滾動體直徑的 1/10000 時，軸承的性能不受影響。把在這種塑性變形條件下確定的軸承靜承載能力稱為基本額定靜載荷,用 C0 表示。但是并不是說，對軸承施加的載荷絕對不能超過基本額定靜載荷，如果甘愿犧牲軸承的部分性能，或者旋轉(zhuǎn)速度尚未高到使軸承發(fā)生早期疲勞破壞的話，那么將施加的載荷增加到額定載荷的 25 倍也是可以的 [26]。反之，如果必須嚴格控制軸承的摩擦力矩，那么所施加的軸承載荷則必須遠遠低于基本額定靜載荷。 A．Palmgren 滾動軸承靜承載能力理論 [30]滾動軸承中塑形變形的形式是在接觸面處產(chǎn)生局部凹坑。試驗證明，即使在很小的載荷作用下，軸承中也產(chǎn)生塑形變形。在很小載荷作用下就產(chǎn)生塑性變