基于ANSYS的圓柱銷裝配預應力受力分析

王榮榮，付路路，陳廣芳，馬文濤

（1.遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001； 2. 遼寧石油化工大學 機械工程學院， 遼寧 撫順 113001）

有限元法（ANSYS）是一種應用廣泛的通用工程分析軟件。它擁有功能完備的預處理器、加載求解和后處理器[1]。在主菜單中分別對應于Preprocess or（前處理器）、Solution（求解）、General Postproc（通用后處理器）和TimeHist Postpro（時間歷程后處理器）。

本問題求解過程具體主要包括：建立工作文件名和文件標題，定義分析模塊，定義單元類型，定義材料屬性，創建幾何模型，劃分網格，建立接觸單元，位移約束，求裝配預應力，銷在拔拉過程中的應力求解，查看求解結果[2]。

1 計算模型

根據局部模型在結構上和載荷上的對稱性[3]，所以，取裝配模型的 作為分析的對象。本文所用計算模型如圖1所示。

銷與基座的裝配具體尺寸：圓柱銷長4 cm，半徑1 cm，基座長8 cm，寬2 cm，高8 cm，銷孔半徑0.99 cm，彈性模量E=364 GPa，泊松比PRXY=0.3，裝配過程中摩擦系數為0.2。

2 有限元分析模型

在進行該模型分析時，采用Solid（Brick 8node 185）單元，利用ANSYS的GUI命令，建立三維模型如圖2所示[4]。

圖1 計算模型Fig.1 calculating model

圖2 劃分網格的有限元模型Fig.2 Finite element model meshing

3 計算結果及分析[6]

由軟件模擬結果如圖5和圖6所示。

研究模型為裝配問題，兩個構件一定會在接觸面產生力學作用，因此我們有必要建立接觸單元，具體分析接觸單元的受力形式，接觸單元如圖3所示[5]。

圖3 接觸單元Fig.3 Contact unit

筆者研究的對象為1/4模型，但是最終要計算圓柱銷在拔拉過程中的受力情況，所以要將部分模型擴展到整體，進行計算考慮，擴展后單元模型受力圖如圖4所示。

圖4 擴展后的模型Fig.4 The extended model

圖5 裝配應力圖Fig.5 Figure of assembly stress

圖6 接觸壓力圖Fig.6 Contact pressure figure

由以上結果圖可以看出，裝配預應力分析圖是最終裝配完成時間的受力圖，受力大小清晰明了。

接觸壓力圖是圓柱銷在基座中拔拉過程中第120 s的受力圖，具體受力方位和大小清晰明了。在具體操作過程中，我們可以得到任一時間的圓柱銷拔拉受力圖，120 s時間點的受力圖具有代表性，可以說明其他時間點的基本受力分布情況。我們也可以通過實用菜（Utility Menu）單中的Animate命令得到圓柱銷拔拉過程中應變變化動畫過程，充分了解受力過程，為以后的實體裝配過程中受力大小提供數據參考，最大程度上防止構件產生斷裂。

4 結 語

通過利用ANSYS12.0有限元軟件對圓柱銷預應力進行了受力分析，建立了適用于分析的有限元模型，通過后處理得到了預應力和接觸壓力等高線變化圖。經過分析計算，ANSYS分析計算是比較準確的，為后續裝配問題的研究提供了一定的理論支持。

［1］宋志安, 于濤, 李紅艷. 機械結構有限元分析[M]. 國防工業出版社,2010.

［2］陳精一, 蔡國忠, 電腦輔助工程分析 ANSYS 使用手冊[M]. 北京:中國鐵道出版社, 2001.

［3］王宏. 基于ANSYS的車床主軸箱的受力分析[J]. 機械管理開發, 2 009, 24(1): 118-119.

［4］劉宇澤. 利用ANSYS對預應力簡支梁受力分析[J]. 安徽建筑, 201 2, 19(2): 166-167; 151.

［5］陳深鴻. 基于ANSYS單梁起重機主梁構造受力分析[J]. 科技資訊,2013(14): 75-76.

［6］郭永強, 劉炎海, 徐勐. .不同單元形式對懸索橋受力分析的影響[J].甘肅科學學報, 2005,17(1): 118-121.