接触面的确定方法

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1、第25卷第2期舰船科学技术Vo1．25No．22003年4月SHII)SCⅢNCEANDTECHN0IDGYApr．2003接触分析中一种确定接触面的方法张良春孙卓王惠贞侯彬(中国船舶重工集团公司第七一三研究所郑州450052)摘要：给出了接触分析中一种寻找接触面的方法。接触问题的求解是ANSYS软件有限元分析中的比较复杂的问题，尤其是确定接触面是解决ANSYS接触问题的第一步。对于接触问题，确定接触面是比较困难的，传统的分析方法大多采用经验估计的方法，当然分析的结果具有不确定性。本文通过ADAMS软件仿真的方法可以首先确定接触的理论位置和接触力，通过ANSYS软件初算出接触变形，

2、从而确定出接触面的大小、位置，为进一步的接触问题的求解奠定了基础。本文不仅给出了一类典型问题的分析方法，还就ADAMS和ANSYS这两大软件的结合应用做出了有益的尝试，具有一定的借鉴价值。关键词：ADAMS软件ANSYS软件仿真有限元分析TheWayHowtoFindContactSurfaceintheContactAnalysisZhangLiangchunSunZhuoWangHuizhenHouBin(The713ResearchInstitute，CSIC，Zhengzhou，450052)Abslraet：Thisarticleintrodueesawayofhowto

3、findcontactsurfaceinthecontactanalysis．Thesolutionofcontactproblemsarecomparativelycomplex．DefiningcontactsurfaceisoneofsignificantdificultiesamongtheseANSYScontactproblems．InthisarticlewedefinethetheoreticallocationandthecontactforcebyA【)AMSsoftwaresimulation．thenfigureoutthedimensionofcontac

4、tdeformusingANSYSsoftware．Finallywecalldefinethedimensionandlocationofcontactsurface．111isarticlenotonlybringoutallanalysissolutionbutalsotrytocombineADAMSandANSYSsoftwaretosolvetheseproblems．Keywords：m，contactanalysis，simulation1问题背景在我们解决一个普通的有限元分析的时候，碰到了一个非常棘手的问题。如图1所示，这是某设备结构中的一个机械手，我们的目的是要

5、对此机械手进行有限元分析，得出其结构强度，然后进行优化设计。经过初步分析，发现的问题是，其轴根部有应力集中，达到了31o0MPa(如图2所示)，对此作进一步分析，找到了问题的根源在于，加载约束时，用在轴上的是固定约束，这显然是过强的约束，实际的工况中轴和外部是接触约束。现在的问题是，在前部爪手的某种受力状况下，轴上接触力多大?轴跟其外部接触面的图1机械手结构接触位置在哪里?这是进行接触分析的初始条件。收稿日期：2003—01—06第2期张良春等：接触分析中一种确定接触面的方法·63·图2初步分析结果图4ADAMS仿真模型2问题的提出下的变形分析。我们主要是为了得到轴的初始变形，在前

6、部爪手受力的情况下，根据经验估计，我们即轴被压缩了多少?这是计算出接触面的依据。如假设轴和接触面四分之一面接触，经过有限元接触分图5所示，是一个初始分析计算实例。析，原来3100MPa的应力集中的地方应力减少为1680MPa，如图3所示，这给我们一个提示，准确地确定接触位置和接触面可以使得分析结果更为准确。如何才能够准确地确定接触位置和接触面的大小，需要找出此问题的解决途径。图5轴初始变形分析假设初始变形为h，下面给出两种情况的接触宽度s的计算公式。a)当“圆一面”接触时：图3四分之一接触分析结果：2(1)3解决途径其中：r为轴(圆)的半径，见图6n所示。推导过程略。ADAMS软件

7、的仿真功能可以帮助我们解决这一当h《r时，式(1)可以简化为：棘手的问题。s2~／r(2)首先建立仿真模型、加载机械手的各种约束关系。在这种受力情况下，比较容易地就仿真计算找出b)当“圆一圆”接触时：受力的大小和方向如图4所示。受力的方向可以确(3)定接触面位置。接触力的大小可以用来计算初始变形，从而计算出接触面的宽度。其中：=R—r，为“圆一圆”接触间隙，见图6b所根据轴和接触面的关系，可以进行单独的初始有示。推导过程略。限元分析，以确定轴在接触面上的初始变形。可以