Ansys workbench 螺栓接触实例操作

1 8

例1 螺栓连接件分析

如图所示为一螺栓连接的法兰连接件简图，法兰一端及内侧面固定约束。

载荷1为螺栓预应力1000N

载荷2为螺栓预应力1500N

载荷3为螺栓预应力2000N

根据实际情况，自己设定接触类型，其中摩擦类型接触对时，摩擦系数为0.1

为方便设置，材料均取钢材，求其变形及应力。

边界条件

2

螺栓连接件分析

1 导入几何模型，进入DS模块

2 材料设置

选择默认的材料：Structural Steel

3 设置接触

螺栓与螺母的接触类型为Bonded

螺栓杆与法兰的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1

螺栓杆与垫片内壁的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1

其余接触类型为No Separation

4 网格划分

5 选择分析类型

·在“New Analysis”中选择结构静力学分析“Static Structural”；

6 施加约束与载荷

1）施加固定约束

·点击“Static Structural”，在“Supports”中选择固定约束“Fixed Support”

·选择法兰一端及内侧面固定约束；

3

2）施加载荷

·选择载荷1处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1000N

·选择载荷2处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1500N

·选择载荷3处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为2000N

4

5 设定求解类型

1）求解变形

·点击“solution”，点击“Deformation”选择“Total”，求解变形

·点击“Stress”，选择“Equivalent (Von-Mises)”，求解等效应力

6 单击“Solve”求解

7 观察求解结果

·点击“Total Deformation”查看变形

·点击“Equivalent Stress”查看应力分布

例2卡紧散热片的不锈钢扣件受力分析

扣紧件是一个不锈钢的卡子，因为散热片同功率部件之间的接触力同最终的散热有很大关系，因此研究力的大小是很有意义的。

1. 导入几何模型，进入DS模块

5

2. 设置材料：

选用的不锈钢材料。

3. 划分网格

使用六面体划分

添加了一个Size，大小为0.4mm

6

4. 添加静力分析

5. 添加约束

将下部两个很窄的面设置为Fixed。

6. 添加载荷

将扣件接触面设置为位移载荷。位移大小为0.25毫米。

7

7. 设置求解类型

在Solution里添加一个Force Reaction（insert-probe-force reaction ）

在Force Reaction的设置里，

Location Method 设置为 Boundary Condition

设置为Displacement

只研究Y向

设置为Single Time Point

8

8. 进行求解

例3芯片组热分析

如图为一芯片装配体：黄铜散热片，陶瓷芯片，黄铜终端连接器。陶瓷芯片产热，陶瓷芯片外表面及黄铜散热片一对流方式向环境散热。黄铜散热片的对流系数为250W/m2·k，温度为27℃，陶瓷芯片的对流系数为100W/m2·k，温度为27℃。当芯片产热为25W时20s后产生的温度变化。

边界条件

9

1 导入几何模型，进入DS模块

2 材料设置

散热片和终端连接器选黄铜

芯片编辑材料为杨氏模量=1.124e11pa

泊松比=0.25

密度2.33e-6kg/mm3

热膨胀系数1.2e-6

比热200J/kg0c

热导率=0.124

3 设置接触

10 接触类型为Bonded

4 网格划分

5 选择分析类型

·在“New Analysis”中选择稳态热分析

6 施加约束

·点击“convection”，选择芯片，设置对流系数为2.5e-4W/mm2·℃，温度为27℃

·点击“convection”，选择连接器，设置对流系数为1e-4W/mm2·℃，温度为27℃

·点击“heat”，选择“internal heat generation”，设置芯片magnitude为25/1417

5 设定求解类型

1）求解变形

·点击“temperature”，求解温度场

·点击“total heat flux”，求解热流

6 单击“Solve”求解

7 观察求解结果

例4 壳分析

•问题描述:

–模型由一个表示控制盒的外壳的Parasolid文件组成(见图)。外壳受外压作用(1

Mpa)，即施加1MPa压力载荷作用在外壳cover的17个外表面在沉孔施加约束，壳的底部面，内表面使用无摩擦支撑约束。材料为铝合金。

11

图1-1

•分析步骤:

1.1 进入DS模块，设置单位:

从主菜单找到“Units > Metric (mm, Kg, MPa, °C, s)

1.2 材料设置

选择“Material”，然后选择“Aluminum Alloy”

1.3 网格划分

·选择“Mesh”，单击右键，选择“Generate Mesh”自由划分网格(也可使用映射分网)

1.4 选择分析类型

·在“New Analysis”中选择结构静力学分析“Static Structural”（如图1-2所示）；

12

图1-2

1.4 施加约束与载荷

1）施加约束

·选择“Supports”，点击“Frictionless Support”施加无摩擦支撑约束

·约束面为4个沉孔表面(如图1-3所示)

·相同方法为壳的内表面（图1-4），底部面（图1-5）施加无摩擦支撑约束(如图1-4所示)

图1-3 图1-4

13

图1-5

2）施加载荷

·点击 “Loads”，选择 “Pressure”施加压力载荷

·加载面为外壳的17个外表面

·大小为1 Mpa（如图1-6所示）；

图1-6

由于出现了非绑定接触的无摩擦支座约束，DS在求解过程中将会打开“Weak Springs”使用开关。若没有完成此项设置，将会导致求解。

点击“Analysis Seting”，在明细窗中选项“Weak Springs”的设置从“Program

Controlled”切换为“Off”。

14

图1-7

1.5 设定求解类型

1）求解变形

·点击“solution”，点击“Deformation”选择“Total”,（如图1-8所示）；

2）求解等效应变

·点击“Strain”，选择“Equivalent (Von-Mises)”（如图1-9所示）；

3）求解等效应力

·点击“Stress”，选择“Equivalent (Von-Mises)”（如图1-10所示）；

图1-8

15

图1-9 图1-10

1.6 求解

单击“Solve”求解，如图1-11所示

如图1-11

1.7 观察求解结果

·点击“Total Deformation”查看变形；

·点击“Equivalent Strain”查看应变分布；

·点击“Equivalent Stress”查看应力分布；

例5叶轮泵分析

•问题描述:

一个由5个零部件组成的叶轮泵的装配体。我们主要的目标是对此预带100N皮带轮载荷的装配体进行分析，并加以验证：

–在加载后，叶轮变形不会超过0.075mm.

–环轴孔的塑料泵的外壳在使用中不会变形超出其材料的弹性极限.

假设：

16 泵外壳材料为Polyethylene；叶轮为Aluminum alloy；其余为Structural Steel

•泵的外壳被紧紧地固定在泵体的尾端，因此可在固定面上施加“无摩擦支座约束(Frictionless Support)”，来模拟其约束；

•在相对轴孔的固定孔上施加“无摩擦支座约束(Frictionless Support)”，用于模拟紧固螺栓的接触；

•在滑轮上施加螺栓载荷（x=100N), 以模拟由皮带驱动的载荷。螺栓载荷将为分布在与皮带接触的滑轮的表面（Compression Only)

图1-1 图2-2

•分析步骤:

2.1 进入DS模块，设置单位:

从主菜单找到“Units > Metric (mm, Kg, MPa, °C, s)

2.2 材料设置

泵外壳材料为Polyethylene

叶轮为Aluminum alloy

其余为Structural Steel

2.3 接触设置

接触栏中选择前3个接触对，接触类型设置为”No Separation”