有限元分析时,在接触表面上足够的网格密度能允许接触压力以一种平滑方式分布。为了提高计算精度并有效利用计算机资源,在应力变化大的区域及相应的接触区域对网格进行了细化。采用ANSYS提供的8节点SOLID185体单元对组成万向接轴各个体进行分网;为保持网格的整齐以提高分析的精度,在建模及分网时应尽量采用映射方法、体扫掠和自适应的方式划分网格。建立的有限元模型如图所示。该模型共有55936个单元,30336个节点。
扁头端与轧辊相连,且整个接轴在传动时沿轴向传动转矩。因此,对万向接轴在扁头左端面施加全约束,同时对扁头与叉头的轴线施加y,z方向的约束,使接轴可沿其轴线自由转动。一般而言,对实体模型加载时以力偶来代替扭矩,考虑到变形的影响,这种等效在变形较大时对精度会产生影响。本文通过ANSYS的单元祸合功能在叉头右端面选取节点建立一刚性区,并将其中心节点确定为主节MASTER
NODE对其沿轴线x方向施加扭矩,这样就实现了万向接轴实际约束与受载情况的等效模拟。
根据万向接轴的受力和变形特点,文中采用ANSYS提供面对面接触处理方法。这些单元通过“目标面”和“接触面”来模拟实体问的接触关系。目标面和接触面分别选用TARCET170与CONTACAT173单元来模拟。把叉头、扁头接触面定义为目标面,滑块、轴销接触面定义为接触面。根据实际的组成零件的接触情况,本课题对万向接轴总共建立了9对接触面。ANSYS求解接触问题的功能可以实现根据接触区节点的渗透量自动判断其接触状态,当接触面上节点穿透目标面时,表示表面接触;同时可计算其接触压力的分布。
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