弹性筒夹变形分析

2、固定弹性筒夹上端面：单击用户定义的约束命令，选 择上端面，方向选择柱坐标系，点击局部再选择端面圆 周棱边，即可在模型上自动创建一个圆柱局部坐标系， 原点为圆周棱边中心。 自由度按下图设置。
2、在弹出表格中，域下（独立）栏选择时间， （因）栏选择长度，并输入（0,0），（1，-25）， 如下图所示完成 表格设置。
练习：弹性筒夹变形分析
四、定义高级非线性接触 1、点击仿真对象模型图标，选择面对面接触，在弹出对话框中按下图设置： 其中源区域设置为筒夹模型三板锥面，在源偏置中输入0.5作为径向压缩量，目 标区域设置为压套模型内锥面，其余为默认设置。
练习：弹性筒夹变形分析
五、定义时间步 在仿真导航器中右键点击solution1，选择编辑图标，在弹出的编辑解算方案中按下图编辑 工况控制。完成后返回解算方案编辑对话框。
பைடு நூலகம்
问题描述
2、弹性筒夹弹变最大许用应力的确定 弹性筒夹的材料为40CrNiMoA（对应于材料库中的 AISI_Steel_4340）。屈服强度为1178 MPa，抗拉强度极限为120 MPa， 压套的材料为45钢（对应于材料库中的Steel），屈服强度为130MPa，抗 拉强度极限为262 MPa，这些材料的抗拉强度极限、屈服极限均为已知， 一般由设计手册和产品设计规范分别查询这两类材料在工况下的许用应力。 显然，本实例弹性筒夹会发生大变形，除去结构上不可避免的应力集中， 加上安全系数，保证该弹性套筒大部分结构的工作应力不超过抗拉强度极 限的75%即可，也假设压套移动过程平稳的，因此，最大部位的最大主应 力不超过1000MPa。 3、非线性解算中的其他规定 非线性解算时间长，为了简化操作，对实体模型进行3D自由网格划分， 单元大小由软件自动确定即可，对计算精度影响也不大。
问题分析
从实际工况来看，弹性筒夹工作过程是一个动态大变形的过程，但不属于 高速冲击动态响应，因此可以选用NX Nastran提供的【ADVNL 601,129】非线 性计算模块。 根据工况可以设定压套压向筒夹锥面的时间为1s，压套移动的距离为 20~25mm，在不知道压套的轴向加载大小的情况下，可以认为将压套强迫下移 25mm，这样可以定义相应的加载函数。 压套在移动过程中和锥面接触是非线性的，因此可以利用【ADVNL 601,129】提供的【高级非线性接触】来定义两者之间的接触状况，这样需要定 义筒夹受压后径向的收缩量（过盈量）为0.5mm（单侧），当然，改变该收缩 量锥面的变形效果不一样了，就需要重新计算。 兼顾计算精度和运行时间，本实例取时间增量为0.05s，共有20给计算步长。 在没有特殊要求的情况下，本实例操作中可以默认非线性计算过程中的收敛 准则。收敛公差、自动递增方案和最大迭代次数等内部参数。
1、弹性筒夹夹持范围的确定
实际工况中，弹性筒夹在径向变形范围是有限制的， 也就是说，它夹持工件的直径有一个范围。另外，夹 持工件本身有刚度，也限制了弹性筒夹过大的大变形。 本实例主要演示去掉工件后，由压套强制压紧弹性筒 夹后查看它的变形范围和应力变化情况，和实际工况 有所出入。为了一般性，结合实际经验预估弹性筒夹 端部的最大变形在3mm（直径方向）左右。通过本 实例非线性计算和分析，进一步确定最大的夹持范围。
完成后点击返回到模型图标。
练习：弹性筒夹变形分析
练习：弹性筒夹变形分析
九、结合设计要求进行分析 分析弹性筒夹在关键时间步上，其径向最大的变形位移和最大的节点应力，便于判定是否满足设计要求。 1、展开非线性步长20的各个子节点，双击【位移-节点】的X节点，在图形窗口中出现模型在X方向的变 形云图，抑制压套网格显示； 2、将位移-节点的坐标系设置为柱坐标系， 3、点击标记开/关图标；在窗口中显示弹性筒夹径向变形位移极值； 由此图可得出结论，最大变形位于前端棱边上，向内压缩移动8.35mm，
这也是筒夹内圆没有刚度限制前提下，能够达到的最大理论变形。而本例
中设计筒径向夹持范围为3mm左右，在分析该时间步的应力情况； 4、双击【非线性应力-节点单元】的 Max Principal（最大主应力）节点，
设置坐标系为柱坐标系，其他设置如右图。
点击标记开/关图标。 可看出最大主应力位于筒体中间薄弱部位， 达到2019MPa,远远超过了材料抗拉极限强度， 结合上页曲线初步判定非 线性步长15为本例计算需 要的数据。
显然非线性步长20计算结果不可取。
练习：弹性筒夹变形分析
5、查看非线性步长15的【位移-节点】的X节点，其半径方向向内压缩1.837mm，和预估 的直径方向3mm夹持范围相差不大，因此需要进一步查看该工步弹性筒夹径向最大主应力 （456MPa,未超出材料许用应力，因此该工况下其强度是安全的，后二者同理，不赘述）、 最大切应力和最大Von-Mises应力进行分析； 6、从上述分析可看出，弹性筒夹在工步15能满足设计要求，最后还需验证下压套在此工步 下变形（最大变形为0.002mm左右，变形很小，在允许的弹变范围内）和应力（最大主应 力17.37MPa，未超过材料许用应力，强度足够）状态，查看是否满足位移和应力要求。 最终结论：根据上述非线性得到的数据和分析，可以判断弹性筒夹在15工步时产生的大变 形位移为本实例设计需要的数据，即能满足设计的总体要求。
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八、后处理及动画演示 1、可看到有20个解算成功的非线性步长节点，可展开每个节点，查看各节点/单元的位移和应力情况； 2、右键点击solution1，选择新建后处理视图；
3、点击post view2节点，抑制3d_mesh2，在图形窗口中仅剩弹性筒夹。
4、点击设置结果
图标，将坐标系更改为柱坐标系，单位mm。
练习：弹性筒夹变形分析
一、创建有限元模型 1、打开模型Clip_Assem.prt，（文件夹Ch11_Clip中），进入高级仿真， 新建fem，并命名为fem1_NonLinear.fem，其余参数默认设置； 2、单击指派材料图标为弹性筒夹指派AISI_Steel_4340，为压套指派 steel; 3、单击物理属性图标，点击创建按钮，分别创建材料为AISI_Steel_4340 的PSOLID1和材料为steel的PSOLID2，如下图所示； 4、单击网格捕集器图标，按下图，将实体属性改为 PSOLID1，名称按默认Solid(1)，点击应用，将实体属性 改为PSOLID2，名称按默认Solid(2)，点击确定。
练习：弹性筒夹变形分析
5、按下图为弹性筒夹划分网格，其余设置按系统 默认值； 6、按下图为压套划分网格，其余设置按系统默认值；
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二、创建仿真模型 三、定义加载函数和强迫位移条件 1、右击仿真导航器fem1_NonLinear.fem节点，新建仿真， 1、右键点击仿真导航器中字段节点，新建表格， 并命名为sim1_NonLinear.sim,在弹出的创建解算方案对 如下图， 话框中选择解算方案类型ADVNL 601,106，点击确定。
（模型为圆柱体形状，构建位移约束是也采用的柱坐标系）
练习：弹性筒夹变形分析
4、绘制关节节点位移随时间变化曲线： ①右键点击post view2，选择新建图表，如下图；弹出图表对话框如下图2
②将图表类型更改为交叉迭代，如右图，点击 图标，在图形 区选择筒夹锥面大径外缘上一个节点（如7261），其他参数默认。 点击应用即可出现下页曲线。
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二者乘积即为压 套作用时间1S。
练习：弹性筒夹变形分析
六、定义解算参数 1、在解算方案工况控制中，点击策略参数右侧创建建模对象图标，如下图。在弹出对话框中，将分析控制选 项卡下自动增量设置为ATS,再单击平衡选项卡，将每个时间步的最大迭代次数设置为150，其他参数默认值。 自动增量提供3种方式： ATS指自动时间步长控制方案； LDC载荷位移控制方案；
练习：弹性筒夹变形分析
表格含义：表示压套压紧筒夹的运动，压紧时间设置为1S，表示不涉及冲击效应，这与实际情况吻合，压套 压紧方向与+Z方向相反，因此其运动长度为负值，实际上，压套运动长度为20mm即可将筒夹压紧，因此设 定的强迫运动距离超过20mm即可。
3、选择强迫位移约束命令，选择压套上端面，方向选柱坐标系，局部选择压套上端面圆周棱边，自由度除 DOF3外全部设置为0， DOF3按下图点击F[X]设置。
TLA总载荷应用方案。
各种、方案提供的参数设置值 各不相同。
练习：弹性筒夹变形分析
2、在解算方案中点击参数选项卡，勾选 大位移，如下图，即完成解算方案设置。 七、求解 解算监视器中包含三个对话框，如下图
非线性历史：记录记录加载时间步的过程； 载荷步收敛：记录解算迭代及其收敛过程。
如果计算中出现不能收敛的情况，首先要检查所构建的有 限元模型是否和实际情况相吻合，单元类型、边界条件和 加载方式是否合理，如果这些操作合理的话，建议采用减 小加载步长、线性搜索、调整收敛准则、切换自动增量模 式和增加单步最大迭代次数等方法来保证模型计算的收敛。
弹性筒夹变形分析
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问题描述
本实例以弹性筒夹在受压后发生大变形为研究对 象，图11-4所示为弹性筒夹的装配主模型，工作时弹 性筒夹不动，将压套压向筒夹下端剖开的锥面（锥面 总长为20mm，锥度为30°），使得均布的三瓣锥面 产生大变形，径向向内压缩，从而夹紧放入其孔内的 工件。因此需要计算弹性筒夹在在变形过程中的变形 位移、最大主应力大小的变化过程，为进一步的结构 优化设计提供原始参数。