缸口与导向套约束部位的有限元分析.doc

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1、缸口与导向套约束部位的有限元分析利用UG的设计仿真模块对立柱进行有限元分析时，为了防止有限元分析的整体结果受到局部沟槽等因素的干扰，以及为了方便有限元求解的顺利完成，在进行有限元分析时，400双伸缩立柱在保证模型原貌不失真的前提下，忽略了一些孔槽结构，其中也将缸口和导向套的矩形螺纹部分进行了理想化处理，以一个平面进行替代。这样，零件之间的接触面相对变得减少，在进行“曲面到曲面接触”以及“网格配对条件”的设置之后，有限元模型求解发生干涉的概率大大降低。但缸口和导向套的矩形螺纹是立柱的重要部位，也是应力相对较高，容易发生损坏的部位，所以，在对忽略螺纹的理想化立柱模型进行完有限元分析之后，为了更切合

2、实际情况，我们将矩形螺纹重新添加到立柱的三维模型中，对新模型尤其是缸口和导向套的矩形螺纹部分进行有限元分析，通过计算结果的对比，以此来研究将矩形螺纹进行理想化处理的可行性和可信度。在对立柱模型进行完“材料属性”、“添加载荷”、“添加约束”和“划分网格”等前处理设置之后，我们重点讨论缸口和导向套的约束部分在有螺纹和无螺纹这两种情况下，如何分别进行接触面的设置，通过图文讲解的形式来分析这两种情况之间的区别和联系。一、 简化模型（无矩形螺纹）的缸口与导向套约束部分前处理设置图文详解1. 外缸与大导向套1.1曲面到曲面接触的设置由于立柱是装配体，由多个零件通过装配组合而成，根据有限元分析的要求，必须在

3、零件和零件之间进行接触面的设置。缸口和导向套之间有多个接触面，而且该简化的模型也将缸口和导向套的矩形螺纹理想化处理为了一对光滑的接触面。“曲面到曲面接触”窗口如图1所示。图1 曲面到曲面接触我们在此进行了三组“曲面到曲面接触”的设置，分别为外缸的“面1”与导向套的“面1”、外缸的“面2”与导向套的“面2”、外缸的“面3”导向套的“面3”这三组接触面。这三组接触面如图2所示。图21.2 网格配对条件的设置网格配对条件功能允许将各个网格在指定的接触面装配在一起，确保在接触面上维持连贯性。“网格配对条件”窗口如图3所示。图3 网格配对条件我们在此进行两组网格配对的设置,分别为外缸的“面1”和导向套的

4、“面1”，外缸的“面3”和导向套的“面3”，见图2。类型选择“手工”，网格贴合类型选择“粘连重合”。2. 中缸与小导向套2.1曲面到曲面接触的设置分别设置中缸的“面1”与导向套的“面1”、中缸的“面2”与导向套的“面2”、中缸的“面3”导向套的“面3”这三组接触面。三组接触面如图4所示。图42.2网格配对条件的设置我们在此进行两组网格配对的设置,分别为中缸的“面1”和导向套的“面1”，中缸的“面3”和导向套的“面3”，见图4。类型选择“手工”，网格贴合类型选择“粘连重合”。二、 复杂模型（有矩形螺纹）的缸口与导向套约束部分前处理设置图文详解1. 外缸与大导向套添加螺纹之后，导向套和缸口的接触面

5、大量增多，结合“曲面到曲面接触”和“网格配对条件”这两种连接部件的方法，进行优化搭配，既避免了接触面设置过多产生的干涉，又比较真实的模拟了客观情况。1.1曲面到曲面接触的设置我们在此进行了两组“曲面到曲面接触”的设置，分别为外缸的“面2”与导向套的“面2”、外缸的“面3”与导向套的“面3”这两组接触面。两组接触面如图5所示。图51.2 网格配对条件的设置我们在此进行三组网格配对的设置,前两组分别为外缸的“面2”和导向套的“面2”，外缸的“面3”和导向套的“面3”，这两组设置类型选择“手工”，网格贴合类型选择“粘连重合”。第三组设置为外缸的“螺纹1”和导向套的“螺纹1”，原始面分别选择导向套螺纹

6、的各个面，目标面选择外缸的螺纹，过程繁琐，务必认真，设置类型选择“手工”，网格贴合类型选择“粘连非重合”。三组设置面见图5所示。2. 中缸与小导向套2.1曲面到曲面接触的设置我们在此进行了两组“曲面到曲面接触”的设置，分别为中缸的“面2”与导向套的“面2”、中缸的“面3”导向套的“面3”这两组接触面。两组接触面如图6所示。图62.2 网格配对条件的设置我们在此进行三组网格配对的设置,前两组分别为中缸的“面2”和导向套的“面2”，中缸的“面3”和导向套的“面3”，这两组设置类型选择“手工”，网格贴合类型选择“粘连重合”。第三组设置为中缸的“螺纹1”和导向套的“螺纹1”，原始面分别选择导向套螺纹的

7、各个面，目标面选择外缸的螺纹，过程繁琐，务必认真，设置类型选择“手工”，网格贴合类型选择“粘连非重合”。三组设置面见图6所示。三结果对比1.外缸缸口应力结果对比图7 螺纹理想化处理的外缸口部分节点应力图8 加螺纹的外缸口部分节点应力图7中将螺纹理想化处理的平滑面取的两个节点应力大小分别为254.2MPa和254.1MPa，而图8中直接添加螺纹的外缸螺纹处三个节点应力大小分别为224.6MPa、240.7MPa和217.9MPa，两种模型螺纹处的应力计算结果差别不大，均在200MPa到250MPa这个数量级范围。而两种模型缸口其他位置的应力，也差别不大，分别在150MPa和40MPa左右。 2.

8、导向套400应力结果对比图9螺纹理想化处理的导向套400部分节点应力图10 加螺纹的导向套400部分节点应力图9中将螺纹理想化处理为平滑面的导向套在螺纹处取的两个节点应力大小分别为226.4MPa和241.8MPa，而图10中直接添加螺纹的导向套螺纹处三个节点应力大小分别为223.3MPa、227.1MPa和229.6MPa，两种模型螺纹处的应力计算结果差别不大，均在230MPa左右。而两种模型的导向套其他位置的应力，也差别不大，分别在200MPa和30MPa左右。 3.中缸缸口应力结果对比图11 螺纹理想化处理的中缸口部分节点应力图12 加螺纹的外缸口部分节点应力图11中在将螺纹理想化处理的

9、平滑面处取的两个节点应力大小分别为99.76MPa和88.18MPa，而图12中直接添加螺纹的中缸螺纹处三个节点应力大小分别为153.9MPa、166.0MPa和119.3MPa，两种模型螺纹处的应力计算结果差别不大，均在100MPa到150MPa这个数量级范围。而两种模型缸口其他位置的应力，也差别不大，分别在10MPa和30MPa左右。 4.导向套290应力结果对比图13 螺纹理想化处理的导向套290部分节点应力图14 加螺纹的导向套290部分节点应力图13中将螺纹理想化处理为平滑面的导向套290在螺纹处取的三个节点应力大小分别为84.08MPa、83.14MPa和114.4MPa，而图14

10、中直接添加螺纹的导向套螺纹处三个节点应力大小分别为77.72MPa、76.10MPa和72.57MPa，两种模型螺纹处的应力计算结果差别不大，均在80MPa左右。而两种模型的导向套其他位置的应力，也差别不大，分别在100MPa和20MPa左右。 5.立柱整体应力对比图15 螺纹理想化处理的立柱部分节点应力图16 加螺纹的立柱部分节点应力两种模型的立柱，最大应力分别为650.2MPa和647.3MPa，外缸中缸和活柱中间部分的应力大小均分别为300+MPa、300+ MPa和200 MPa左右，总体应力大小比较接近。四.总结通过将矩形螺纹理想化处理为一对相互接触和约束的平面，立柱的整体应力大小和

11、分布并没有较大改变，导向套和缸口的螺纹处应力也变动颇小，而且，矩形螺纹处的应力大小始终保持在300MPa以下，属于安全范围之内，所以，将矩形螺纹理想化处理为一对相互接触和约束的平面，在有限元分析中，是可行的。而且，通过在缸口和导向套添加矩形螺纹，接触面大量增加，接触面之间的设置也相应大量增加，使有限元的前处理和分析变得复杂和繁琐，发生干涉和错误的几率也大大增高，所以，将矩形螺纹进行理想化处理，在保证计算精度的前提的，可以实现计算过程的简化和优化，是必要和可行的。五. 有限元分析的后续工作及其预期成果在接下来的工作中，对有限元分析进行进一步优化，实现计算结果更加精确，前处理设置更加优化，在完成此项工作的基础上，重点研究和探究有限元分析和参数化建模之间的链接，逐步完成参数化的有限元分析。