三维接触有限元分析在产品设计中的应用

接触应力是不易检测、难于计算,但对于设计又是非常重要的一个难题.尝试用ANSYS中的接触单元对汽轮机中叶片与叶轮的接触强度进行详尽的分析,同时探讨了与迭代计算收敛性及计算结果可靠性有关的几个难点和要点问题.该三维接触有限元分析方法也可用于其它机械产品的接触强度分析,为机械产品由单个零件的强度分析提升到装配体的强度分析提供参考.     

滚珠丝杠副接触变形的有限元分析

结合滚珠丝杠副的国内外研究状况,建立了滚珠与螺母滚道及丝杠滚道的分析简化模型和接触有限元模型,得到了螺母在外加轴向力作用下的轴向弹性变形数据,并对滚珠丝杠副轴向接触变形进行仿真,用有限元接触分析结果验证了分析简化模型的合理性,具有一定的理论价值和实际意义。     

有限元接触分析应用研究

ANSYS软件功能强大,应用三种坐标系变换,合理界定边界条件。耦合和接触计算充分发挥有限元软件的作用,但同时占用较大的计算资源。     

齿轮线接触与点接触理论与有限元分析

由于制造误差、安装误差、支撑条件、齿轮承载变形等因素的影响,齿轮接触情况复杂且难以试验验证。齿轮接触按照初始接触条件通常分为线接触和点接触,承载后均为面接触:前者接触面为矩形,后者为椭圆形。线接触理论利用赫兹接触理论已经成熟,即采用两个圆柱体的线接触方式进行计算;点接触理论计算较为复杂,须考虑接触椭圆和其他非线性因素。用有限元方法分析渐开线及其修形齿轮的接触状态,计算实例表明,没有考虑安装误差的影响,线接触的仿真结果与赫兹接触理论相吻合,且接触状况明显好于点接触;当考虑安装误差的影响,二者接触应力均有上升,但线接触的接触状况明显恶化,接触应力急剧上升57倍以上,而点接触的接触应力上升不到1倍,说明齿轮线接触对安装误差的敏感性远大于齿轮点接触,极易造成齿轮的点蚀破坏。     

机床导轨表面接触模型的有限元分析

为寻求机床导轨结合面不同粗糙信息下的动态特性,分形粗糙表面数值模型和实测粗糙表面二者的相关性,需对各种相关参数下的粗糙表面进行接触分析。运用有限元分析软件ANSYS,针对粗糙表面三维模型,分析不同参数表面的接触行为,以期寻找出不同粗糙信息接触形态特征参数之间的关系,并证明分形数值模拟能真实表征工程粗糙表面。     

接触分析在车轮弯曲疲劳有限元分析中的应用

利用有限元接触分析方法,建立车轮、试验轴、螺栓连接件的有限元模型,施加合理的载荷与边界条件,模拟车轮弯曲疲劳试验。通过有限元分析软件ANSYS,建立模型、设置接触对与相关参数,得出车轮高应力区域与各应力值。运用疲劳寿命计算理论中的名义应力法及ANSYS软件估算车轮疲劳寿命,且两数据基本一致。与车轮弯曲疲劳试验结果比较表明:在疲劳寿命计算理论与ANSYS软件估算的疲劳寿命内车轮均没有破坏。从而验证了运用接触分析有限元法预估车轮寿命的有效性,为以后的结构改进起到了指导作用。     

ANSYS在永磁电机转子强度接触有限元分析中的应用

扼要地介绍了ANSYS有限元软件求解接触问题时涉及到的基本概念和原理,介绍了接触有限元分析的具体步骤.应用大型有限元分析软件ANSYS,考虑永磁电机转子中永磁体和转子铁心的接触非线性状态,对永磁电机转子进行了三维有限元分析,得出了永磁电机转子的应力分布情况.整个分析求解过程也为类似的接触有限元分析提供了参考.     

有限元接触分析在风力发电机联接部件上的应用

针对风力发电机塔架底部和基础之间的螺栓联接进行了非线性有限元接触分析.首先根据接触分析的有限元理论建立模型,之后应用BLADED软件计算载荷,得到实际工况下各部件的变形、应力和应变,找出受力最大的螺栓.有限元接触分析结果与理论计算结果吻合,都表明材料的强度满足要求,结构安全.     

回转支承有限元接触分析

利用三维建模软件Pro/E与有限元分析软件ANSYS的无缝连接,在Pro/E中建立回转支承实体模型,导入ANSYS中进行接触分析,得到各排滚柱与滚道的接触应力分布情况。并与传统的赫兹理论计算结果及实际磨损情况对比,证明了该有限元模型的正确性,并提出了安装和使用的改进措施。     

角接触球轴承动态接触特性有限元分析

利用有限元软件ANSYS,建立了高速精密角接触球轴承接触分析的三维有限元动态分析模型,对角接触球轴承在实际工况条件下的应力应变状况进行了有限元仿真分析,直观再现了轴承在工况条件下接触区的应力、应变状况。实例计算表明,有限元分析结果与解析计算结果吻合良好,从而验证了三维接触模型的网格划分、接触算法及边界条件的正确性。同时表明,有限元理论在处理接触问题时是有效的,为进一步研究角接触球轴承的使用性能提供了可靠基础数据。     

球笼式等速万向节滚道接触应力的有限元分析

球笼式等速万向节的截面形状影响钢球与沟道的接触应力.通过在三维造型软件Pro/E中分别建立圆弧型、双心弧型、椭圆型三种滚道截面形状的球笼式等速万向节的简化模型,导入有限元分析软件ANSYS对其承受极限转矩时的滚道接触应力进行有限元分析,通过和赫兹接触理论计算值进行比较,其相对误差较小.计算结果表明,内滚道接触应力大于外滚道;圆弧型内滚道接触应力大于其他类型滚道,而其外滚道接触应力稍小于其他类型滚道,双心弧型和椭圆型内外滚道接触应力相同;有限元分析结果基本与理论值相符,运用有限元分析方法分析其接触应力是可行可信的.     

齿轮接触应力计算不同有限元模型的比较分析

为精确计算齿轮齿面接触应力,选择与齿轮实际运转情况最为接近的有限元模型,从赫兹有限元模型的分析入手,研究齿轮接触问题的赫兹有限元解法,然后再将问题扩展到齿轮模型,最后通过对比不同有限元模型之间的差异发现,三维多齿有限元接触模型同齿轮实际运转情况最为接近,且利用该模型不但能使计算更加精确,而且更容易实现变速器齿轮乃至整车的轻量化设计。     

Simulation and experimentation on the contact width and pressure distribution of lip seals

The relative motion between two mated parts of machinery always generates heat from friction. The lubricant serves as a medium not only to reduce the friction but also to enhance heat dissipation. In order to contain the lubrication oil, lip seal is a most frequent sealing part used in these applications. This paper aims to study the contact width and contact pressure of the seal lip under the various interference fits between the shaft and seal. The contact force associated with the pressure was used to estimate the generated heat due to friction. Thereby, this frictional heat flux was employed to analyze the temperature distribution within the rubber seal. According to the temperature distribution, the thermal deformation of the seal and the concern of material ageing can be examined. Since the use of a seal with a shaft under allowable dimension tolerance is foreseeable, the fit with different degree of interference was investigated. On the other hand, a simple apparatus to measure the width and pressure on the contact lip zone under different diameters of shaft was designed and fabricated. The contact width and contact pressure were distilled from the press mark of a pressure-sensitive film. The measurements were used to demonstrate the feasibility and accuracy of the proposed set up.     

有限元的因次分析法

利用因次分析法对用有限元法所分析的结构进行分析,求得了模型和原型之间相似准则,对于同种材料的结构,当结构几何比为λl,外加动载荷之比为λl^2,振动频率之比为时1／λl,结构满足相似准则,则结构的振动加速度之比为1／λl,辐射声功率之比为λl^2。     

有限元法在机械结构模态分析中的应用

运用有限元法对机械结构进行模态分析可以求出结构的固有振动特性,获得避免共振现象产生的工作频率范围,同时提出改善结构模态特性的方法。文章运用有限元分析软件ANSYS分析了某机床床身的前8阶固有频率和振型,提出了适合加工的主轴转速范围和改善床身结构模态特性的方法。研究实例表明:有限元法具有简单、快速、直观的特点,是一种对机械结构进行模态分析的有效方法。     

有限元法在液压缸Y形密封圈接触应力分析中的应用

应用有限单元方法计算了Y形密封圈在不同工作压力下的变形、应力及其分布情况,获得了该型密封圈与液压缸 筒接触面之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。此有限元法为各类密封圈接触应力研究提供了 一行之有效的方法,其结果对密封圈密封机理的研究提供了计算依据。     

高速角接触球轴承接触疲劳寿命的有限元分析

首先简述了滚动轴承寿命的基本理论以及传统估算方法.然后根据轴承结构与工作特点,指出了滚动体与滚道的接触疲劳是轴承的主要失效形式,通过总结一般结构疲劳分析方法,提出了滚动轴承采用有限元法进行疲劳分析的方法和步骤.针对实际课题,对给定工况下的角接触球轴承B7005轴承接触疲劳寿命的有限元分析,将分析结果与轴承经典寿命估算结果进行了对比,一定程度上验证了提出的滚动轴承有限元疲劳分析法的合理性.     

鼓式制动器的有限元模拟与接触分析

运用ANSYS Workbench平台建立了某鼓式制动器的三维有限元模型,对摩擦衬片与制动鼓之间的摩擦接触进行模拟。通过改变边界条件的施加方式及不同的接触对设置参数,确定了模拟鼓式制动器制动过程的接触分析边界条件及接触对的设置方法。采用三个载荷步加载,分析了制动力矩在制动过程中的变化规律,得出摩擦力矩达到平稳时接触压强的分布特性及制动器的等效应力与变形。为优化制动器结构参数、改善鼓式制动器磨损均匀性和制动效能提供了参考依据。     

A finite element-based model of normal contact between rough surfaces

Engineering surfaces can be characterized as more or less randomly rough. Contact between engineering surfaces is thus discontinuous and the real area of contact is a small fraction of the nominal contact area. The stiffness of a rough surface layer thus influences the contact state as well as the behavior of the surrounding system. A contact model that takes the properties of engineering surfaces into account has been developed and implemented using finite element software. The results obtained with the model have been verified by comparison with results from an independent numerical method. The results show that the height distribution of the topography has a significant influence on the contact stiffness but that the curvature of the roughness is of minor importance. The contact model that was developed for determining the apparent contact area and the distribution of the mean contact pressure could thus be based on a limited set of height parameters that describe the surface topography. By operating on the calculated apparent pressure distribution with a transformation function that is based on both height and curvature parameters, the real contact area can be estimated when the apparent contact state is known. The model presented is also valid for cases with local plastic flow in the bulk material.     

基于有限元法的柴油机连杆强度分析研究

采用有限元接触分析的方法,利用ANSYS有限元分析软件对某型柴油机连杆进行了疲劳强度分析。根据连杆的实际工作状况,建立了按多体接触的三维模型,模拟了连杆零部件之间的接触;根据连杆的受载情况,分别就连杆承受的最大压力和最大拉力两种工况计算了连杆工作载荷,并利用APDL语言编程,将载荷以油膜压力分布的方式施加到连杆的轴瓦和衬套上。通过有限元的方法,基于接触理论对连杆进行了结构强度计算分析。实践证明,该方法能有效地指导连杆的设计工作。