ANSYS与ABAQUS比较之实例5---过盈配合问题的接触分析

本篇博文是一个过盈配合问题的接触分析，用于模拟机械装配过程中压入式装配过程。本篇是用ABAQUS做的，后面会有两篇分别用ANSYS，SOLIDWORKS/SIMULATION对该例子做分析。

【问题描述】

如图所示的三个零件，红色的称为压头，白色的称为内圈，青色的称为底座，内圈和底座之间有0.07mm的过盈，现在压头上往下加力压，下压57mm，要求下压过程中米塞斯应力的变化过程。

已知条件如下：

（1）两个零件及压头的几何尺寸均已知。(具体尺寸见下面的草图部分)

（2）压头刚性，内圈和底座均为钢材，弹性模量210MPA,泊松比0.3

（3）接触处：压头与内圈之间是无摩擦的；内圈和底座之间是有摩擦的，摩擦系数为0.2.

【张建华《ABAQUS基础入门与案例精通》，电子工业出版社，2012】

【问题分析】

（1）分析类型。虽然有一个明显的位移下压，但是由于速度缓慢，不考虑加速度效应，从而使用静力学分析。

（2）非线性考虑。接触非线性：两处接触，要做接触分析；几何非线性：大位移，要打开大变形开关；材料为线性。

（3）几何建模。由于是轴对称模型，使用轴对称。内圈和底座为变形体，而压头为刚体。为了保证收敛，一开始就让内圈伸入到底座3mm。此外，为了免去装配时调整装配位置的麻烦，首先创建一个草图，在该草图中创建压头，内圈和底座的剖面，保证初始的装配位置，然后使用该草图分别创建三个部件。

（4）边界条件。底座的底边没有Y位移；为保证计算收敛，压头两次下移，第一次0.001mm,第二次到57mm.

【分析过程】

1. 创建草图。

创建一个草图如下：

其中1-2-3-4-5-6：封闭的矩形是压头；3-4-8-7粉笔的矩形是内圈；9-10-11-12-13-14-15-16封闭的多边形是底座。

这里各点的坐标如下

1—（35,145）；2 –（35,132）；3—（41,132）；4—（50.07,132）

5—（56,132）；6—（56,145）；7—（41,72）；8—（50.07,72）

9—（50,75）；10—（80,75）；11—（80,60）；12—（65,60）

13—（65,0）；14—（35,0）；15—（35,15）；16—（50,15）

同时要创建旋转轴。

2. 创建三个部件。

从三个草图分别创建压头，内圈和底座。

创建时导入草图，删去不要的部分即可。

对于压头，使用轴对称解析刚体，然后选取其顶面中点为参考点；对于内圈和底座，使用轴对称的可变形壳。

创建完毕后结果分别如下图。

压头及参考点

内圈

底座

3. 创建装配体

由于三个部件都是基于草图创建，而草图中三个部件已经正确定位，所以直接选择三个部件创建装配体。

结果如下图

4. 设置材料和截面属性。

对内圈和底座均设置弹性模量和泊松比。

步骤是（1）创建材料（2）将材料赋给截面（3）将截面分配给底座和内圈。

前面几篇已经多次提过，不再赘述。

5. 设置分析步。

除了系统默认的初始分析步外，这里设置两个分析步

第一个分析步，压头下压0.001mm，用于建立平稳的接触。

第二个分析步，下压到57mm，完成预定动作。

这两个分析步都需要打开大变形开关。

设置结果如下图

其中，对于第二个分析步，设置其增量步如下

6. 定义接触。

（1）首先定义两种接触类型。无摩擦的，以及有摩擦的（摩擦系数0.2）

结果如下图

其中的Nofriction采用默认设置，而对于YesFriction，设置如下

（2）定义接触

在压头和内圈之间使用Nofriction

在内圈和底座之间使用YesFriction

而且均在初始时间步定义这两个接触；定义结果如下：

7.定义边界条件

这里底座底边没有竖向位移；压头先后下降两次，第一次为0.001mm,第二次到57mm，均使用位移边界条件施加。

定义结果如下

其中，BC-1是底座底边的位移设置；

而BC-2是压头的两次移动。

8. 划分网格

使用3mm的网格尺寸，CAX4l的单元，划分底座和内圈，结果如下

9. 创建并提交分析作业

10.后处理

开始状态时的应力云图

最后状态的 应力云图

最后状态时展开轴对称270度如下

来源：宋博士的博客，版权归作者所有。