ANSYS Workbench结构过盈配合分析

过盈配合是一种常见的装配方式，那么过盈配合问题也是结构计算中的一类比较常见的问题。在本实例中，如图1所示，模型由两个零件装配组成，两者存在过盈量，基于ANSYS Workbench的结构静力学模块，使用直接接触和接触处理两种方法，来对过盈配合进行计算。

 图1 过盈配合计算模型

我们首先使用直接接触法，来处理过盈配合的问题。

(1)启动ANSYS Workbench，加载Static Structural结构静力学模块。

(2)右键单击A3单元格，选择弹出菜单项Import Geometry→Browse...，弹出文件选择对话框，选择几何模型文件ex1-7\ex1-7_直接接触.stp。（案例文件下载地址见文章底部）

(3)双击A3单元格进入SpaceClaim，首先检查几何模型。由于是使用直接接触法进行处理，则几何模型装配处理时，直接以两个零件干涉的方式考虑了1mm的过盈量，如图2所示。

图2 模型初始干涉

(4)退出SpaceClaim，左键双击A4单元格，进入结构静力学模块。

(5)本案例模型使用默认材料，右键单击模型树节点Connections，选择Insert→Manual Contact Region，新建一个接触对，接触类型选择Frictionless，Target选择右侧零件的一个接触面，如图3所示。

图3 目标面设置

(6)Contact接触面选择左侧零件的接触面，如图4所示。

图4 接触面设置

(7)单击模型树节点Mesh，在Details of Mesh中确定模型单元长度为4mm。

(8)右键单击模型树节点Mesh，单击弹出菜单项Generate Mesh生成模型网格，如图5所示。

图5 模型网格划分

(9)右键单击模型树节点Static Structural，使用Insert→Fixed Support添加一个固定约束，选择左侧零件的外部端面，如图6所示。

图6 左侧固定约束

(10)右键单击模型树节点Static Structural，使用Insert→Fixed Support再添加一个固定约束，选择右侧零件的外部端面，如图7所示。

 图7 右侧固定约束

(11)右键点击模型树节点Static Structural下的Solution，点击Solve进行计算。

(12)使用Solution→Insert→Deformation→Directional，需要去查看左侧零件沿Z方向的变形，在Details of Directional Deformation中选择左侧零件作为Geometry对象，设定其方向为Z方向，如图8示。

图8 左侧零件后处理设置

(13)同样的方法，使用Solution→Insert→Deformation→Directional，在Details of Directional Deformation中选择右侧零件作为Geometry对象，也设定其方向为Z方向，如图9所示。

图9 右侧零件后处理设置

(14)分别右键点击模型树节点的Directional Deformation与Directional Deformation2，选择Evaluate All Results，得到左侧零件在Z方向的变形云图，如图10所示，得到右侧零件在Z方向的变形云图，如图11所示。两个零件的变形就是由于过盈量引起的。两者的变形量之和接近1mm，是与初始的干涉量，也就是过盈量是吻合的。

图10 左侧零件Z方向变形

图11 右侧零件Z方向变形

(15)查看两个零件整体的变形情况，两个零件由于过盈，在接触面都承受挤压，如图12所示。

图12 整体模型Z方向变形

直接接触法需要我们在建模时，就需要考虑过盈量，以干涉的方式来处理装配模型。当然，我们也可以在建模时，不考虑过盈量，这就需要使用到接触处理法。

(1)继续在ANSYS Workbench中，再加载一个Static Structural结构静力学模块。

(2)右键单击B3单元格，选择弹出菜单项Import Geometry→Browse...，弹出文件选择对话框，选择几何模型文件ex1-7\ex1-7_接触处理.stp。

(3)双击B3单元格进入SpaceClaim，首先检查几何模型。这个装配模型中就没有考虑初始的过盈量，如图13所示。

图13 模型不考虑初始干涉

(4)退出SpaceClaim，左键双击B4单元格，进入结构静力学模块。

(5)本案例模型使用默认材料，右键单击模型树节点Connections，选择Insert→Manual Contact Region，新建一个接触对，接触类型选择Frictionless，Target选择右侧零件的一个接触面，Contact接触面选择左侧零件的接触面，如图14所示。

图14 接触对设置

(6)在Details of Frictionless-Component1\1 To Component2\2中，设定Offset为1mm，也就是这个接触对的过盈量为1mm，如图15所示。

图15 接触对过盈量设置

(7)单击模型树节点Mesh，在Details of Mesh中确定模型单元长度为4mm。

(8)右键单击模型树节点Mesh，单击弹出菜单项Generate Mesh生成模型网格，如图16所示。

图16  模型网格划分

(9)右键单击模型树节点Static Structural，使用Insert→Fixed Support添加一个固定约束，选择左侧零件的外部端面，如图17所示。

图17 左侧固定约束

(10)右键单击模型树节点Static Structural，使用Insert→Fixed Support再添加一个固定约束，选择右侧零件的外部端面，如图18所示。

图18 右侧固定约束

(11)右键点击模型树节点Static Structural下的Solution，点击Solve进行计算。

(12)使用Solution→Insert→Deformation→Directional，需要去查看左侧零件沿Z方向的变形，在Details of Directional Deformation中选择左侧零件作为Geometry对象，设定其方向为Z方向，如图19示。

图19 左侧零件后处理设置

(13)同样的方法，使用Solution→Insert→Deformation→Directional，在Details of Directional Deformation中选择右侧零件作为Geometry对象，也设定其方向为Z方向，如图20示。

图20 右侧零件后处理设置

(14)分别右键点击模型树节点的Directional Deformation与Directional Deformation2，选择Evaluate All Results，得到左侧零件在Z方向的变形云图，如图21所示，得到右侧零件在Z方向的变形云图，如图22所示。两个零件的变形也是由于过盈量引起的。两者的变形量之和同样接近1mm，是与初始的干涉量，也就是过盈量是吻合的。

图21 左侧零件Z方向变形

图22 右侧零件Z方向变形

将这个结果与使用直接接触法进行计算得到的结果相比较，发现结果是相同的。在实际的工程应用中，选择何种方法去进行过盈配合的计算，还需要从模型的具体结构、加载方式的难易成都、计算量等方面进行考虑。