装配模型的分析与仿真嘉峪关

装配模型的分析与仿真

装配模型的分析与仿真 2011年12月03日 来源： 在装配过程中，零件之间有多种相互作用，从简单接触到摩擦再到拉力/压力/扭矩作用等，另外，装配零件的方式和方法也有很多，可以使用紧固件（如螺栓、螺柱、螺钉和销等）进行连接，也可采用点焊、铆接以及胶接连接等方式。数学模型可以非常清晰明了地表现出零部件的各种轮廓特性，这将有助于用户更容易地了解复杂的装配模型中，多个零件如何被装配到一起，还有不同零件之间如何相互作用。建模是装配仿真中最关键的步骤之一，因为这意味着迅速确定所有零件的位置并准确定义任何两个接触零件之间相互作用。之后，自动检测工具在仿真系统的前/后处理过程中发挥作用，如Femap，它是一种确定哪些零件接触并提供所有接触情况的可视化工具。这里的“可视化”可以表现出面与面的接触，也可以表现零部件与零部件的接触与配合关系。通过参照一个合适的属性定义，Femap可以将各种连接方式最终简化表示为一般线性接触或胶接，这个简化过程可以在执行接触检测时自动完成，或在现有定义可被轻松编辑和更改的情况下再进行添加。此外，新的接触可从零开始手动定义。接触状况可被应用到网格化之前的几何模型上，也适用于实心零件或空心壳体零件本身。

图1 一般的连接网格模型

图2 NX Nastran的胶接模型

线性接触对于表面接触问题的数模化，苛刻的解决方案一般要求以一种非线性方法来表现接触和其他潜在的非线性问题，比如较大的变形问题和随环境条件而可能非线性变化的材料属性问题。但是，如果表面接触可以被控制在某个限定范围之内（很小的挠度和“线性”材料），那么“线性接触”就是一种在保证仿真结果准确性基础之上的绝对更加简单的解决方案。举例来说，NX Nastran求解器中面与面的接触计算就采用了线性静止分析的技术方案，并使用同样的技术方法来搜索并检测装配接触面之间的相互作用。因此，用户可以采用NX Nastran进行伴有摩擦阻力的滑动分析这样的复杂运动仿真。胶接连接胶接的方式可被用来装配零件，不论这些零件是同一种材料还是异种材料，只要这些零部件共享同一个连接界面即可。NX Nastran 的胶接功能采用一种创新的方法来重新定义其连接面的网格，因此，连接面的载荷分布及传递可以被尽可能准确地计算出来。这种方法使仿真分析的结果获得了明显的改善，也产生了更平滑的零件轮廓，尤其是在连接面上。NX Nastran的这种胶接功能适用于准确性要求非常高的模型仿真分析中。

图3 胶接接触的模型（σmax = 50 500 lbf/in 2）

线性接触和胶接的不同结果当然，用户有时候需要准确选择装配模型的相应接触状态，以便更准确地表示真实情况。用户选择胶接而不是线性接触将彻底改变模型的载荷分布以及模型内的装配接触结果。举例来说，一个简单的吊耳和吊耳销的装配模型，如果分别选择线性接触和胶接连接的话，线性接触分析结果中，他们之间的作用力只会在吊耳和销轴接触面的一侧发生，另一侧则会有一个未接触的“缺口”空间，而采用胶接模型，得到的就是一种截然不同的应力分布情况了。

图4 线性接触的模型（σmax = 78 800 lbf/in 2）

点焊和紧固件NX Nastran中，用于装配零件的点焊和紧固件连接一般采用一个连接单元进行建模，该单元可连接两个表面、单元或点。被连接面的网格不要求一致，这就赋予了装配不同零件时的更大的自由空间。一般来说，连接单元的刚度取决于焊接件的直径、长度（如非点焊）以及材料属性。螺栓连接当需装配的零件被用螺栓进行连接时，紧固螺栓时所产生的扭矩会成为螺栓轴的预负荷。通常较理想的情况是根据已经设定或产生的预负荷分析螺栓，但是这种孤立的预负荷状况也许没什么实际的应用价值，而用户可能还想获得应力分析结果。在传统的有限元分析中，螺栓预负荷在建模过程中使用的是等效热载荷，这种方法得到的结果只是一个大约的结果，而事实上，包含多个螺栓的装配模型往往还要求计算这些螺栓之间的相互作用。NX Nastran则可以使这些问题得到自动化的、简单的解决，因为螺栓本身被表示成了梁单元模型，末端采用螺栓预负荷。

图5 螺栓预负荷组装模型

越来越简单的装配分析有限元分析师现在可以更加轻松地获得诸如线性接触、胶接及其他连接方式的功能特性。技术进步推进了这一功能的可用性，并确保其准确性不受影响。加上用于建模和可视化的前/后处理工具的支持，建立装配模型并进行仿真分析的任务现在已经变得很简单了。 (end)

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