基于ABAQUS的圆柱套筒过盈装配过程仿真研究

第25卷第4期（总第116期） 机 械 管 理 开 发 2010年8月 Vol.25 No.4（SUM No.116） MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Aug.2010 0 引 言 有限元法 (Finite Element Method, FEM)是结构分 析中最有效的一种数值。将该方法用来分析 圆柱套筒过盈装配过程，可为工艺技术人员提供较为 直观的套筒应力、变形状况及精确的相关数据，对于保 证圆柱套筒的装配有特别重要的意义。 1 ABAQUS有限元仿真软件 随着工业发展和计算机仿真技术的不断提高，3C 系列中的CAE（计算机辅助工程）越来越受到大家的 关注，而有限元方法正是CAE领域中最成熟的分析手 段之一，在各个工业领域发挥着巨大的作用。 ABAQUS是功能最强的有限元分析软件之一，可以分 析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非 常庞大复杂的问和模拟高度非线性问题。ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时 还可以做复杂系统级的分析和研究。ABAQUS在模拟 复杂系统方面具有相对于其他分析软件独一无二的特 性，因此在各国的同业界以及研究机构中均被广泛使 用，行业可覆盖汽车、船舶、电子、航空、航天、军工、国 防、建筑、机械、材料、能源以及民用工业等[1]。 2 圆柱套筒的过盈装配过程描述 压头将内圈缓慢地压入基座中，内圈和基座之间 有径向 0.07 mm的过盈配合。基座的底部固定，压头 和内圈之间无摩擦[2]。 3 圆柱套筒的过盈装配过程建模 3.1 材料及截面属性 基座的底部固定，压头和内圈之间无摩擦，压头可 看作刚性体，内圈和基座的材料特性，见1。 3.2 绘制二维平面图 首先绘制整个模型的二维平面图（见图 1），并确 定经过原点的竖直辅助线，它将是轴对称部件的旋 转轴。 图1 二维平面图 3.3 划分网格 有限元分析的精度和效率与单元密度和单元几何 形态之间存在密切关系。过密的网格可能造成计算费 用的大增，而过疏的网格又无法精确描述场变量的空 间变化；另外，初始预定的网格划分很难适应在不同时 间点上变量的空间分布变化。 根据误差识别，利用自动调整网格疏密度的网格 自适应技术，纠正因过渡变形产生的网格畸变，自动重 新生成形态良好的网格，生成的网格如图 2，图 3所 示。一旦误差准则在指定的单元中被违反，这些单元 会按给定的单元细划级别在指定的载荷增量步内被细 划。合理利用网格自适应技术可以提高复杂问题计 算效率和计算精度，保证后续计算的正常运行。 图2 内圈和基座的网格划分 4 装配过程有限元仿真结果 延展轴对称单元构造等效的三维视图，进行有限 元仿真。 表1 内圈和基座的材料特性 摩擦系数0.2 弹性模量E/MPa210 000 泊松比/ 0.3 收稿日期：2010-02-04 作者简介：范文秀(1971-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师，工学学士,现从事大中型发电机制造方面的技术工作。 基于ABAQUS的圆柱套筒过盈装配过程仿真研究 范文秀 （哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040） 【摘 要】 有限元法是结构分析中最有效的一种数值分析方法。基于ABAQUS软件对圆柱套筒过盈装配过程的 应力分布、接触力进行了有限元仿真。仿真结果可对配合的过盈量及压入深度进行评估，为过盈配合的联接强度分 析、优化设计提供一定的参考，从而能有效地缩短调试周期、降低成本。 【关键词】 有限元；仿真；过盈装配；圆柱套筒 【中图分类号】 TH161+. 2 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003-773X（2010）04-0057-02 ··57 第25卷第4期（总第116期） 机 械 管 理 开 发 2010年8月 比，结构紧凑，适应性强，能为企业带来巨大的社会效 益和经济效益，但从国家提出的“快速、平稳”政策考 虑，如何进一步提高工作效率、缩短响应时间仍是进一 步的研究重点。 参考文献 [1] 王 健，高山铁．詹阳 JY400G液压抓钢机[J]．工程机械 与维修，2003（06）：24． [2] 高山铁，任贵东．高效节能的新一代抓钢机—詹阳 JY400G抓钢机[J]．工程机械，2004（01）：37． [3] 何 峰．电机原理[M]．北京：水利水电出版社，2000． [4] 刘延俊．液压与气压传动[M]．北京：机械工业出版社， 2002． A Design of Electric Suction System for Hydraulic Grasping Steel Machine GAO Shan-tie1,2，DU Jian-xi2，LIU Zhi-qi2 (1.Zhan Yang industry limited company research institute of product development, Zhanyang 550006, China; 2.Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China) 〔Abstract〕 This article introduces a new electric suction system of the hydraulic grasping steel machine, and shows the system structure and working principle. Then we explain the design of the main parameters for hydraulic system combined with the example. In the end, we de⁃ scribe the application of the system. The application indicates that the system has compact structure and strong adaptability. 〔Key words〕 Electric suction; Hydraulic motor; Adaptability; Grasping steel machine 1） 应力分布：仿真得到圆柱套筒过盈装配过程 中内圈和基座的应力云图，见图3。 图3 装配过程中的应力云层图 2） 接触力：压头和内圈之间的接触力曲线，见图 4。随着压头的压入，相接触的地方受应力、压强越来 越大。 5 结束语 对于轴对称的平面应力或平面应变问题，建模时 可以将三维问题简化为二维问题，从而大大降低模型 的规模，缩短计算时间；有限元分析表明，随着压头的 压入，相接触的地方所受应力、压强越来越大。有限元 仿真结果可对配合的过盈量及压入深度进行评估，避 免过盈装配过程中造成损坏，为过盈配合的联接强度 分析、优化设计提供一定的参考，从而能有效地缩短调 试周期、降低成本。 参考文献 [1] 庄 茁．ABAQUS/Explicit有限元软件入门[M]．北京：清 华大学出版社，2001． [2] 魏延刚，宋亚昕．过盈配合接触边缘效应与应力集中[J]． 大连铁道学院学报，2003,24(3):20-23． FEM Analysis of Cylinder Sleeve Assembly Process of Interference Based on ABAQUS FAN Wen-xiu （Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China） 〔Abstract〕 FEM (Finite Element Method) is the most effective numerical analysis method in structural analysis. Stress and force finite ele⁃ ment analysis of Cylinder sleeve assembly process of interference based on ABAQUS has been done. The simulation results can be assessed on the number of interference. It provides a theoretical basis for the strength analysis and optimal design to reduce costs. 〔Key words〕 FEM; Simulition; Interference assembly; Cylinder sleeve 图4 压头和内圈之间的轴向接触力 􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅 （上接第56页） ··58