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1、 1 / 8 静力学接触分析 如图所示，这个模型由四个部分组成，A 区域受到一个垂直向下的力 100N，B 区域被完 全固定，管状工件与夹具之间摩擦系数为 0.4，其余各接触面的摩擦系数为 0.1；此外还要 施加螺栓（螺丝直径 6mm）预紧力 3000N，管状工件的材料为铜合金，其余为结构钢；在静 力学分析的条件下，保证螺杆不会失效。 提示：提示： 1、 接触区的网格划分尽量细化； 2、 要施加螺栓预紧力就需要对模型进行处理，做出一个切片（如下图） ； 3、 接触区的设置也极为重要。 分析流程：分析流程： 1、 导入几何模型（做切片处理） ； 2、 添加材料属性，定义材料； 3、 划分网格（接
2、触区的网格划分尽量细化） ； 4、 施加载荷和约束（预紧力的施加） ； 5、 求解（在重要零件或截面查看位移、应力） ； 6、 查看结果，得出结论； 7、 检验结果的正确性。 a、前处理 b、求解 c、后处理 A B 2 / 8 解题步骤：解题步骤： 1、 导入模型：打开 workbench，双击 static structural，右键单击 A3 栏（即 geometry）选择 import geometry，导入 Pipe Clamp.x_t 模型，确定单位 mm； 2、 切片处理：双击 A3 栏，进入 Pipe Clamp.x_t 模型，如图 1 所示，新建坐标系（C 面面） ， 冻结模
3、型（tools freeze） ，在 C 面处生成切片（create slice） ，再将螺栓的两个 solid 通过 from new part 生成一个 solid； 图 1 螺栓切片处理 3、 添加材料：返回到 unsaved project-workbench 界面，双击 A2 栏（即 engineering data） ， 双击 outline filter 界面的 A3 栏 （即 general materials） ， 添加材料铜合金 （即 copper alloy） ； 4、 定义材料：双击 A4 栏（即 model） ，将管状工件的 assignment 设置为 copper
4、 alloy，其他 材料均为 structural steel； 5、 划分网格：单击 mesh，在其下拉菜单中选择 preview surface mesh，产生如图 2 所示相对 粗糙的四面体网格，展开明细栏中的 statistics 项目，检查模型节点输与单元数； 图 2 划分网格（粗糙） C 3 / 8 图 3 statistics 项目 6、 网格细分：选择装配图中的接触面，如图 4 所示，点击鼠标右键选择 insertrefinement， 点击 preview surface mesh，观察其网格变化，并检查模型节点输与单元数，如图 5、6 所示；-此为第一种方法 点击鼠标右键选
5、择 insert contact sizing，选择接触面和单元大小-此为第二种方法 图 4 选择细化表面 图 5 网格细化 图 6 statistics 项目 管状工件外表面 螺栓外表面 螺栓盖内表面 夹具内表面 螺帽内表面 4 / 8 7、 施加载荷：单击左侧的 static structural，选择 A 表面，鼠标右键选择 insertforce，力的 大小设为 100N，方向如图 7 所示； 8、 施加约束：选择 B 表面，鼠标右键选择 insertfixed support； 9、 加预紧力：选择如图所示 D 表面，鼠标右键选择 insertbolt pretension，设定力的
6、大小为 3000N； 图 7 施加约束与载荷 10、 添加摩擦系数：选择 connections，在明细栏中将 type 改为 frictional，管状工件与夹具 之间的摩擦系数设为 0.4，其余接触面的摩擦系数均为 0.1； 图 8 设置摩擦面系数 11、 求解：单击 solution，在弹出的工具条中， 5 / 8 deformation 下选择 total 查看装配图总变形； stress 下选择 equivalent stress 查看装配图 Von Mises 等效应力； deformation 下选择 total 查看螺栓总变形； stress 下选择 equivalent st
7、ress 查看螺栓 Von Mises 等效应力； 选择 body，点击管状工件，鼠标右键选择 insertdeformationdirectional，查看管状 工件 X 方向上的位移； 右键单击 solution 选择 insert，添加 contact tool，查看螺栓与夹具在接触面处的 frictional stress 和 pressure. 12、 查看结果：单击 solve 进行求解（图解） ； 图 9 装配图在 X 方向上的总位移 图 10 装配图 Von Mises 等效应力 6 / 8 图 11 螺栓在 X 方向上位移 图 12 螺栓 Von Mises 等效应力 图 1
8、3 螺栓与夹具接触面的 frictional stress（摩擦应力） 7 / 8 图 14 螺栓与夹具接触面的 pressure（压力） 图 15 管状工件在 X 方向上的位移 13、 查看报告：单击 report preview，查看报告： 表 1：装配图、螺栓的位移和应力（如图 9、10、11、12、15 所示） Object Name 总变形总变形 总应力总应力 螺栓变形螺栓变形 螺栓应力螺栓应力 Directional Deformation Minimum 0. mm 1.0505e-002 MPa 7.3287e-003 mm 1.0505e-002 MPa -5.697e-00
9、3 mm Maximum 2.3306e-002 mm 851.78 MPa 2.3306e-002 mm 851.78 MPa -1.3669e-004 mm 表 2：螺栓与夹具之间的受力分析（如图 13、14 所示） Object Name Frictional Stress Pressure Minimum 73.346 MPa 1703.6 MPa Maximum 147.81 MPa 1748.3 MPa 8 / 8 14、 分析与结论： 两种不同的细化网格对应力的结果产生很大影响（步骤 6） ，但位移基本相同。 方法一（refinement） ： Object Name 总变形总变
10、形 总应力总应力 Minimum 0. mm 1.0505e-002 MPa Maximum 2.3306e-002 mm 851.78 MPa 方法二（contact sizing） ： Object Name 总变形总变形 总应力总应力 Minimum 0. mm 9.3507e-002 MPa Maximum 2.0433e-002 mm 392.7 MPa 网格的影响，由于网格细化的方法（尺寸）不同，计算结果影响较大，但当两次计 算结果差别不大的时候计算较准确。 不过有些小倒角的地方网格细化应力值会持续 升高，难以收敛。还有尖点处、集中力作用处有应力奇异，细化网格，应力会一直 飙升。 网格划分有三点决定计算结果（网格密度、单元阶次、网格布局） 。 螺栓可以承受的力取决于螺栓的直径，所以本题中螺栓满足静力要求。
