SOLIDWORKS Simulation在過盈裝配件插拔力計算中的應用

供稿/上海生信計算機科技發展有限公司 王成敏

SOLIDWORKS Simulation在過盈裝配件插拔力計算中的應用

供稿/上海生信計算機科技發展有限公司 王成敏

插拔件的拔出過程非常復雜，整個過程中插拔件的受力情況不斷變化。拔出過程中的強度校核，拔出力計算都是我們關心的問題。SOLIDWORKS Simulation Premium的非線性分析可以模擬插拔件的拔出過程，校核它在整個拔出過程中的強度，并得到整個過程中的拔出力。本文以一個插拔件模型為例，在Simulation非線性中模擬插拔件拔出過程，校核了拔出過程插拔件的強度，得到拔出力。

一、引言

提到插拔件，大家并不陌生，它在我們日常生活中扮演著非常重要的角色（圖1），小到插頭、線纜、手機充電器，大到船舶、大型工業設備，都活躍著插拔件的身影。因為插拔件松脫，可能導致信號阻斷，影響產品正常運行，嚴重影響產品質量。使得顧客對產品的滿意度大打折扣，合理的拔出力對插拔件設計至關重要。

由于拔出力在拔出過程中不斷變化，計算拔出力一直困擾著設計人員，實驗測量的方法受人為因素影響較大，測得的結果無法準確反映拔出力。Simulation Premium中的非線性仿真功能可以模擬插拔件的拔出過程，得到拔出過程中插拔件的強度數據和拔出力。

二、問題描述

本文以一個非常常見的插拔件模型為例，該插拔件由一個拔出件和一個固定件組成，圖2為初始狀態，圖3為插入狀態剖面圖，圖4為插拔件拔出狀態剖面圖。本文將模擬插拔件拔出過程，校核拔出過程中的強度，計算拔出力。本例符合運用對稱的條件，所以我們取1/4模型分析，如圖5所示。

圖1 生活中的插拔件

圖2 插拔件初始狀態圖

圖3 插拔件插入狀態剖面圖

圖4 插拔件拔出狀態剖面圖

圖5 插拔件1/4模型圖

三、拔出過程

拔出過程是由初始狀態到拔出狀態的過程，將拔出件沿水平方向移動一段距離（本例中為2.85mm）。顯然靜應力分析只能得到拔出時刻的應力和拔出力，無法模擬整個拔出過程。而非線性分析則可以模擬整個拔出過程，得到整個過程中的強度和拔出力。

1.Simulation模擬設定

材料屬性：定義插拔件為超彈性Mooney-Rivlin的丙烯酸（中高沖擊），如圖6所示。

圖6 材料屬性

2.連接定義

定義兩個零部件接觸面的冷縮配合的面組接觸，摩擦系數為0.177，如圖7所示。

圖7 面組接觸

3.約束設定

定義對稱約束，如圖8所示。固定件的頂端面被固定，對該面應用固定幾何體，添加約束如圖9所示。

圖8 對稱設置

圖9 添加約束

4.外部載荷

拔出件沿水平方向拔出2.85mm，輸入規定的位移載荷，如圖10所示。

圖10 添加位移載荷

5.網格劃分

拔出件的凸出扣部分是主要的受力部分，針對該部分我們應用網格控制，采用比較小的單元對該部分進行劃分，如圖11所示。其余用基于混合曲率的網格默認的設置進行劃分，如圖12所示。

由此完成設置，對模型進行求解分析，讀取結果。

圖11 應用網格控制

圖12 網格劃分

四、結果分析

在結果中查看整個拔出過程中的強度，圖13、14是拔出瞬間的應力圖。在開始拔出的瞬間，最大應力高達7.568MPa，發生在固定件與拔出件接觸的位置。同時也是整個拔出過程中的最大應力。在現實生活中，也是在固定件開口處出現破壞，說明固定件開口位置比較危險，設計時需防止破壞。

由此計算拔出力。拔出力在拔出過程中不斷變化，開始拔出瞬間，拔出力最大，約1.9N。然后隨著拔出會有波動，大概在1.6N，完全拔出后，拔出力減小到0，如圖15所示。

圖13 開始拔瞬間應力圖解

圖14 最大拔出應力圖解

圖15 拔出力圖解

五、結語

SOLIDWORKS Simulation Premium中的非線性分析可以解決材料非線性、大變形和邊界條件非線性等問題。本例中插拔件材料是超彈性材料，拔出件的邊界條件不斷變化，在拔出過程中產生較大的變形，因此適用于非線性分析。得到在固定件開口處應力最大，與實際情況相符，拔出力在開始拔出瞬間最大，而后隨著拔出件的拔出，會有微小波動，完全拔出時，拔出力減小到0。