ANsys workbench过盈应力求解设置

本文介绍使用ANSYS Workbench进行过盈配合模拟的方法。通过分析圆环与空心轴的连接,展示如何设定接触类型、网格划分及边界条件,最终得出最大变形与等效应力。

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    本期通过一个简单实例来介​​绍怎么通过ANSYS Workbench有限元分析工具来模拟过盈配合。

      问题描述:一个圆环与空心轴过盈连接,过盈量2毫米(半径方向)求圆环与轴的最大变形,和最大等效应力。

几何模型:模型通过WB DM(DesignModeler)绘制。如下图所示。从外到内,直径依次是100,70,45mm。拉伸厚度为18,10mm。材料钢。注意建模时:圆环的内径等于空心轴的外径。

几何模型

分析流程图

分析流程图

接触:静力分析模块Static Structural会自动将所有低于某一特定值的间隙识别为绑定接触(bonded),这需要自己手动修改接触类型为摩擦接触(Frictional);接触和目标分别为空心轴的外表面和圆环的内表面;然后添加摩擦系数这里设为0.2。然后输入过盈量偏移2mm。(过盈输入正值,间隙输入负值)接触设置如下图所示。

接触设置

网格:这个几何模型外形很规范可以将模型网格划分得规则一些,以便提高计算准确性方法:对这两零件使用扫描方式划分,发现效果并不满意,然后再次划分选择两零件的边线进行等分80份,设置如下图。

网格划分

划分效果如下:

注:由于该模型单元数量少,并不会给计算机造成多大的负担,而且节点排列规则有助于提供精度所以这里使用六面体网格单元是合理的。

边界条件:将空心轴内表面固定约束。

求解结果:

总变形云图

等效应力云图

结论:空心轴最大变形为0.236mm最大应力为5836MPa。圆环最大变形1.885mm,最大应力11478MPa。其中圆环变形加上空心轴变形之和为2.121mm与2mm很接近。复合变形协调条件,仿真结果可信。

     另外计算了两种情况:①过盈量3毫米,验证了圆环和轴的变形都变大并且两者之和接近3mm.②将偏移设置为-2仿真间隙配合情况,结果是变形应力均为零,符合理论情况。这里不给其详细过程了,请有兴趣的读者自己验证。

### Ansys Workbench 中节点应力计算方法及结果分析 在 Ansys Workbench 中,由于其采用的是基于单元的求解方式而不是传统意义上的节点求解,因此无法像 ANSYS 经典版本那样直接显示出具体的节点编号及其对应的应力值[^1]。 然而,为了获取特定位置处的应力情况,可以利用 Probe 工具来近似定位并读取感兴趣区域内的数值。尽管这种方法可能不如指定确切节点那般精确,但在很多情况下已经足够满足工程需求。对于更精准的需求,则建议将模型导回至经典界面进行深入探究。 另外一种有效的方法是在 Results 设置里调整显示模式为 Capped Iso-Surface ,这有助于观察选定体积内部结构特性以及局部细节变化趋势。通过这种方式能够更加直观地理解整个零件不同部位所承受载荷状况分布特点[^2]。 值得注意的是,在某些特殊应用场景下如果确实需要获得严格定义下的某一点(即原意指代的一个有限元网格顶点)的具体力学性能参数时,还可以考虑借助 Postprocessing 模块中的 Path 和 XY Data 功能实现沿路径提取数据的目的,从而间接达到目的。 ```python # Python脚本用于自动化处理Ansys Workbench的结果输出(仅作示意用途) import ansys.mapdl.core as mapdl def get_stress_along_path(path_coordinates): """ 获取给定路径上各点的von Mises应力 参数: path_coordinates (list of tuples): 定义路径的一系列坐标点 [(x1,y1,z1), ... , (xn,yn,zn)] 返回: stresses (list): 对应于输入坐标的Von-Mises应力列表 """ # 假设已连接到正在运行的工作台实例 result = mapdl.run('/POST1') # 切换到后处理器环境 for i, coord in enumerate(path_coordinates): x, y, z = coord command = f'N,{i+1},{x},{y},{z}' # 创建临时节点 result += mapdl.run(command) # 执行后续操作以收集所需信息... pass path_coords_example = [ (-0.5,-0.5,0), (+0.5,+0.5,0) ] stresses_on_line = get_stress_along_path(path_coords_example) print(stresses_on_line) ```
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