Ansys螺栓联接的接触分析.docx
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Ansys螺栓联接的接触分析
第一篇ANSYS结构分析
第1章接触分析
1.1螺栓和法兰联接的接触分析
在各种机械结构中,螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。
螺栓联接的研究历史悠久,一个世纪以来,各种科研机构均对其进行过深入细致的研究,多采用两种常用的方法,理论解析法和有限单元法。
由于理论解析法要对结构进行简化,忽略了结构中许多非线性因素影响,如:
螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟,分析的结果误差较大。
ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力,同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。
下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。
水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件,连接着水轮发电机主轴和转子支架。
在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。
如果联轴螺栓联接不可靠,被联接法兰间存在间隙,必将会导致机组振动过大,影响机组的正常稳定运行。
情况严重时将导致联轴螺栓断裂,主轴脱落,产生不可挽回的损失。
下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态,利用ANSYS的APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)脚本编程语言,编制程序进行参数化优化设计,这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
该方法具有相当的通用性,适用于模拟多种螺栓联接结构。
图1-1主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图图1-2主轴联轴螺栓结构边界条件
针对上面结构的模型,采用了参数化编程语言编制了APDL程序,建立了螺母和圆盘,螺母和主轴,圆盘和主轴之间的接触对,详细讲述了接触对的建立方法。
同时还详述了螺栓预紧单元(Pretention179)的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。
下面结合APSL程序说明模拟过程,重要步骤给出GUI操作方式。
ANSYS软件版本选用ANSYS6.1。
!
**********************************************************
!
设置结构基本参数(参数可以按不同结构改变)
!
参数单位为力:
N,长度:
mm,弹性模量:
N/mm2,密度:
tons/mm3
!
**********************************************************
*SET,RAD_I,1250/2!
主轴内半径
*SET,RAD_PANI,705!
圆盘内半径
*SET,RAD_O,2450/2!
主轴外半径
*SET,RAD_PANO,1830!
圆盘外半径
*SET,RAD_B,180/2!
螺栓孔径
*SET,M_BOLT,160!
螺栓最小直径
*SET,M_BH1,350+170+50!
螺栓在主轴方向长度
*SET,M_BH2,350+170+250!
螺栓在圆盘方向长度
*SET,M_NUT,280/2!
螺母大半径,六面体对角线长度
*SET,H_NUT,170!
螺母高
*SET,RAD_DRILL,2140/2!
螺栓节圆半径
*SET,RAD_M,750+150!
主轴内止口半径
*SET,H_M,18!
主轴内止口高度
*SET,RAD_BI,1950/2!
螺栓孔划平处内径
*SET,RAD_BO,2330/2!
螺栓孔划平处外径
*SET,RAD_BH,5!
螺栓孔划平处高度
*SET,F_RAD,45!
主轴与划平处过渡圆角半径
*SET,FH_RAD,1855/2!
螺栓孔划平处内半径
*SET,R_FILLT,125!
主轴过渡圆角
*SET,N,15!
螺栓分度数
*SET,KEY_W,290!
切向定位键宽
*SET,KEY_H,130!
切向定位键高
*SET,TH,200!
主轴轴壁最薄处厚度
*SET,FLANG_H1,350!
主轴法兰高度
*SET,FLANG_H2,350!
圆盘高度
*SET,H_SHAFT,350+490!
主轴上倾斜部分高度
*SET,H_SH,H_SHAFT+500!
主轴总高度
*SET,PI,ACOS(-1)!
PI值
*SET,ELEMSIZE,60!
拉伸单元大小(可根据结构尺寸调节)
/GRAPHICS,POWER!
ActivatePowerGraphics
!
****************************************
!
加载参数
!
****************************************
*SET,DISP_B,0.75!
螺栓预紧的伸长量
*SET,ZMAX,H_SH!
轴向方向最高处,加轴向力位置
*SET,F_EXT,22.9215E+5*12!
总的轴向力
*SET,F_EEF,30.827E+5*12!
半数磁极短路时在BOLT中引起的拉力*SET,R_OUT,RAD_PANO!
圆盘外半径
*SET,T_W,375!
圆盘被约束宽度
*SET,U_R,R_OUT-T_W!
圆盘被约束处内半径
!
****************************************
!
准备建立模型
!
****************************************
/PREP7!
进入ANSYS前处理器
ET,1,185!
定义实体单元类型为三维8节点Solid185块体单元GUI操作路径:
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidBrick8node185→OK→Close(theElementTypewindow)MP,EX,1,2.06E5
MP,NUXY,1,0.29
MP,DENS,1,7.85E-9!
定义主轴材料为材料1
GUI操作路径:
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
2.06e5,PRXY:
0.29→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Density→inputDENS:
7.85e-9→OK
MP,EX,2,2.06E5
MP,NUXY,2,0.29
MP,DENS,2,7.85E-9!
定义圆盘材料为材料2
GUI操作路径:
同上。
MP,EX,3,2.06E5
MP,NUXY,3,0.29
MP,DENS,3,7.85E-9!
定义螺栓和螺母材料为材料3
GUI操作路径:
同上。
MP,MU,4,0.15!
定义接触摩擦系数为材料4
GUI操作路径:
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→3
Structural→Linear→FrictionCoefficient→inputMU:
0.20→OK
注意:
之所以定义不同的材料号,因为这样便于选择相应的部件,ANSYS的单元选取功能是很强大的。
!
****************************************
!
建立结构关键点
!
****************************************
K,1,RAD_I,0,H_M,
K,2,RAD_M,0,0,
!
********************
此书尚未出版,
为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
!
********************
此书尚未出版,
为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
!
********************
此书尚未出版,
为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
!
********************
此书尚未出版,
为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
K,22,FH_RAD,0,FLANG_H1+H_SHAFT
K,23,FH_RAD,0,FLANG_H1
!
****************************************
!
!
通过关键点连线
!
****************************************
L,8,20
L,20,5
L,21,22
LFILLT,1,2,125,
GUI操作路径:
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling
→Create→Lines→LineFillet→拾取1#和2#线
输入倒角值125→OK
LSTR,1,10
!
********************
此书尚未出版,
为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
!
********************
此书尚未出版,图1-3LSLA命令解释为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
!
********************
此书尚未出版,
为尊重作者劳动,
此处省略5行指令流。
!
********************
LPTN,ALL
GUI操作路径:
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Lines(pickall)→OK
!
布尔操作:
将所有的线相交,这样可以让线与线之间互相共享连接,效果等同于粘接!
****************************************
!
通过线建立结构的剖面,为旋转拉伸生成体做准备
!
****************************************
AL,7,8,9,10
AL,1,22,21,16,6,10
AL,5,11,12,13,18,16
A,5,4,21,23
!
****************************************
!
清除建模过程中多余的点和线
!
****************************************
ALLS!
提示:
ALLSEL的缩写,所有ANSYS命令均可以只写前4个字母LSLA!
选择依附于被选择面上的线(见图1-3)
LSEL,INVERT!
反选线,即选择了和面无关的线
LDELE,ALL!
删除这些无用的线
KSLL
KSEL,INVERT
KDELE,ALL!
删除无用的点
!
****************************************
!
旋转剖面生成体
!
****************************************
ALLS
CSYS,1!
转换到极坐标系
GUI操作路径:
→ChangeActiveCSto→GlobalcylindricalANSYSUtilityMenu:
Workplane
→OK
KGEN,2,1,,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- Ansys 螺栓 联接 接触 分析