基于ANSYS的圆柱销装配预应力受力分析

王荣荣，付路路，陈广芳，马文涛

（1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 辽宁石油化工大学 机械工程学院， 辽宁 抚顺 113001）

有限元法（ANSYS）是一种应用广泛的通用工程分析软件。它拥有功能完备的预处理器、加载求解和后处理器[1]。在主菜单中分别对应于Preprocess or（前处理器）、Solution（求解）、General Postproc（通用后处理器）和TimeHist Postpro（时间历程后处理器）。

本问题求解过程具体主要包括：建立工作文件名和文件标题，定义分析模块，定义单元类型，定义材料属性，创建几何模型，划分网格，建立接触单元，位移约束，求装配预应力，销在拔拉过程中的应力求解，查看求解结果[2]。

1 计算模型

根据局部模型在结构上和载荷上的对称性[3]，所以，取装配模型的 作为分析的对象。本文所用计算模型如图1所示。

销与基座的装配具体尺寸：圆柱销长4 cm，半径1 cm，基座长8 cm，宽2 cm，高8 cm，销孔半径0.99 cm，弹性模量E=364 GPa，泊松比PRXY=0.3，装配过程中摩擦系数为0.2。

2 有限元分析模型

在进行该模型分析时，采用Solid（Brick 8node 185）单元，利用ANSYS的GUI命令，建立三维模型如图2所示[4]。

图1 计算模型Fig.1 calculating model

图2 划分网格的有限元模型Fig.2 Finite element model meshing

3 计算结果及分析[6]

由软件模拟结果如图5和图6所示。

研究模型为装配问题，两个构件一定会在接触面产生力学作用，因此我们有必要建立接触单元，具体分析接触单元的受力形式，接触单元如图3所示[5]。

图3 接触单元Fig.3 Contact unit

笔者研究的对象为1/4模型，但是最终要计算圆柱销在拔拉过程中的受力情况，所以要将部分模型扩展到整体，进行计算考虑，扩展后单元模型受力图如图4所示。

图4 扩展后的模型Fig.4 The extended model

图5 装配应力图Fig.5 Figure of assembly stress

图6 接触压力图Fig.6 Contact pressure figure

由以上结果图可以看出，装配预应力分析图是最终装配完成时间的受力图，受力大小清晰明了。

接触压力图是圆柱销在基座中拔拉过程中第120 s的受力图，具体受力方位和大小清晰明了。在具体操作过程中，我们可以得到任一时间的圆柱销拔拉受力图，120 s时间点的受力图具有代表性，可以说明其他时间点的基本受力分布情况。我们也可以通过实用菜（Utility Menu）单中的Animate命令得到圆柱销拔拉过程中应变变化动画过程，充分了解受力过程，为以后的实体装配过程中受力大小提供数据参考，最大程度上防止构件产生断裂。

4 结 语

通过利用ANSYS12.0有限元软件对圆柱销预应力进行了受力分析，建立了适用于分析的有限元模型，通过后处理得到了预应力和接触压力等高线变化图。经过分析计算，ANSYS分析计算是比较准确的，为后续装配问题的研究提供了一定的理论支持。

［1］宋志安, 于涛, 李红艳. 机械结构有限元分析[M]. 国防工业出版社,2010.

［2］陈精一, 蔡国忠, 电脑辅助工程分析 ANSYS 使用手册[M]. 北京:中国铁道出版社, 2001.

［3］王宏. 基于ANSYS的车床主轴箱的受力分析[J]. 机械管理开发, 2 009, 24(1): 118-119.

［4］刘宇泽. 利用ANSYS对预应力简支梁受力分析[J]. 安徽建筑, 201 2, 19(2): 166-167; 151.

［5］陈深鸿. 基于ANSYS单梁起重机主梁构造受力分析[J]. 科技资讯,2013(14): 75-76.

［6］郭永强, 刘炎海, 徐勐. .不同单元形式对悬索桥受力分析的影响[J].甘肃科学学报, 2005,17(1): 118-121.