基于 ABAQUS的轴承过盈配合接触应力分析
基于ABAQUS的转子过盈接触及热膨胀分析
基于ABAQUS的转子过盈接触及热膨胀分析姚同林;肖芳;陈金锋【摘要】螺杆转子是螺杆压缩机的核心部件.对于630机型,采用热套工艺装配后,阴转子曾出现因应力过大而产生断裂的问题,同时过盈配合与热变形共同影响着阴阳转子的间隙.本文采用有限元软件ABAQUS/CAE对630阴转子进行了有限元分析,结果表明阴转子空心齿内的最大应力达到227MPa,同时齿面最薄处的应力达150MPa,易出现疲劳断裂;对阴阳转子在以20~80℃下的非均匀温度场下的热膨胀进行量化,结果表明装配变形量在0.04~0.07mm之间;排端阴阳转子齿顶径向位移达到0.25mm,齿根为0.17mm,建议阴阳转子啮合装配间隙大于0.42mm.%The screw rotor is the key of the screw compressor. For the rotor of 630 adopting shrinkage fit, there was once a fatigue fracture problem of female rotor due to the large stress besides the changing of the assembly clearance. In this paper, an analysis of interference contact and thermal expansion of the screw rotor was taken based on ABAQUS/CAE. The result showed that the maxi-mum stress of the female rotor tooth reached 227 MPa while 150 MPa occurred at the thinnest face where probably broke. For the discharging temperature at 80℃ and assembly temperature/inlet temperature at 20℃, the result showed that the radial displacement due to the interference fit was below 0.1mm which approximate took up 1/4 of the total displacement which reached 0.25mm at the tooth tip and 0.17 at the tooth root. So 0.5mm may be a conservative value for the assembly gap of rotors gearing.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P33-35)【关键词】螺杆转子;ABAQUS;过盈;热膨胀【作者】姚同林;肖芳;陈金锋【作者单位】上海齐耀螺杆机械有限公司,上海 201108;上海齐耀螺杆机械有限公司,上海 201108;上海齐耀螺杆机械有限公司,上海 201108【正文语种】中文【中图分类】TH455螺杆转子作为螺杆压缩机的核心部件，其对压缩机组的稳定运行起着决定性的作用。
基于ABAQUS的混合陶瓷球轴承接触问题数值分析
题。 分析 接触 问题 的难 点是 求解 问题之 前不 知道 接 触 区域 的具 体情 况 ， 无法 确 定相 互接触 表面 之 间的 状 态 是 处于 接触 还 是 分 开 ，这 需要 依 据 载荷 、材 料 、边 界条 件和 其它 因素才 能确 定 。 轴 承工 作 时 ， 通常 是多 个 滚动体 承 受负荷 。 混
软件建 立 了陶 瓷球轴 承 简化 的 曲 面 一 球接 触模 型 ，并 进行 了接 触 分析 。 关键 词 ：混 合 陶 瓷球 轴承 ；ＡＢ ＵＳ；接 触 分析 ＡＱ
中图分 类号 ：Βιβλιοθήκη ３ １ Ｐ ９ 文献标 识码 ：Ｂ
混 合 陶瓷球 轴 承 以其 离 心力小 、 刚性 大 、 滚 旋 比小 、 界 润滑 或无润 滑条 件 下摩 擦 因数小 等 优点 边 得 到人 们 的青 睐。 陶瓷球轴 承是 从金 属轴 承发展 而 来 ， 有一 定 的传 承性 ， 具 但是 陶瓷 材料 的物 理 和机
ABAQUS接触分析
ABAQUS接触分析
在接触分析中，ABAQUS可以模拟两个或多个物体之间的力学接触行为，并计算出接触面上的接触力、接触压力分布等关键参数。
对于弹性材料，ABAQUS使用接触算法来离散表示接触面，通过求解相应的接触力方程来计算接触力。
对于非弹性材料，ABAQUS使用弹塑性粘弹塑性接触法来模拟接触行为。
在使用ABAQUS进行接触分析时，首先需要定义接触面的集合以及相应的接触属性。
接触面可以由点、线、面或体素集表示。
接触属性包括摩擦系数、弹性刚度、硬化指数等。
然后，需要指定接触算法以及公式，用于计算接触力和接触面的位移。
接下来，需要定义物体的材料属性和边界条件。
材料属性包括弹性模量、屈服强度等。
边界条件包括约束条件、加载条件等。
在进行接触分析时，需要确保物体的几何形状和网格划分是准确和合适的。
完成模型的设置后，可以进行求解计算。
ABAQUS通过迭代方法求解非线性方程组，得到接触力和接触面的位移解。
求解完毕后，可以进行结果的后处理，包括接触力分布的可视化、接触面的位移和应变分布等。
总之，ABAQUS接触分析是一种重要的模拟方法，可以帮助工程师和科学家研究不同物体之间的力学接触行为。
通过合理设置模型参数和边界条件，结合强大的求解算法，ABAQUS可以提供精确和可靠的接触力和位移解，为工程设计和科学研究提供有力的支持。
abaqus接触分析的常见问题
CAE（计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。
世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。
ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。
它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域.ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法,帮助读者提高解决问题的能力。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。
16.1。
1点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surf ace—dis—cre-tization）和面对面离散方法(surface-to—surfacediscretization)，二者有何差别?『解答』在点对面离散方法中，从面（slavesurface）上的每个节点与该节点在主面（maste rsurface)上的投影点建立接触关系,每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点.使用点对面离散方法时,从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。
面对面离散方法会为整个从面（而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化.可能在某些节点上出现穿透现象,但是穿透的程度不会很严重。
在如图16—l和图16—2所示的实例中，比较了两种情况。
1）从面网格比主面网格细:点对面离散(图16—1a）和面对面离散(图16-2a)的分析结果都很好，没有发生穿透,从面和主面都发生了正常的变形。
ABAQUS接触分析
ABAQUS接触分析1、塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元，这可能是你收敛问题的主要原因。
如果需要得到应力，可以使用C3D8I (在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度)，如果只关心应变和位移，可以使用C3D8R, 几何形状复杂时，可以使用C3D10M。
2、接触对中的slave surface应该是材料较软，网格较细的面。
3、接触面之间有微小的距离，定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度”，此误差限度要大于接触面之间的距离，否则ABAQUS会认为两个面没有接触：*Contact Pair, interaction='SOIL PILE SIDE CONTACT', small sliding, adjust=0.2.4、定义tie时也应该设定类似的position tolerance: *Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.15、msg文件中出现zero pivot说明ABAQUS无法自动解决过约束问题，例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie，又定义了contact, 出现过约束。
解决方法是在选择tie或contact的slave surface时，将类型设为node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点（我附上的文件中没有做这样的修改）。
6、接触定义在哪个分析步取决于你模型的实际物理背景，如果从一开始两个面就是相接触的，就定义在initial或你的第一个分析步中；如果是后来才开始接触的，就定义在后面的分析步中。
边界条件也是这样。
7、我在前面上传的文件里用*CONTROL设了允许的迭代次数18，意思是18次迭代不收敛时，才减小时间增量步（ABAQUS默认的值是12）。
一般情况下不必设置此参数，如果在msg文件中看到opening和closure的数目不断减小（即迭代的趋势是收敛的），但12次迭代仍不足以完全达到收敛，就可以用*CONTROL来增大允许的迭代次数。
基于ABAQUS的轮轴配合的有限元分析
基于ABAQUS的轮轴配合的有限元分析作者：康东李越杨永伟范丽来源：《河南科技》2019年第01期摘要：本文基于ABAQUS对轮轴配合进行的有限元分析，分析了过盈量、摩擦系数、几何误差等对接触应力的影响。
结果表明：轮轴压装后接触应力沿轴向分布的总体趋势为中间低，两端高，高应力区的位置出现在轴毂配合面边缘附近，并有明显的应力集中现象;过盈量是造成轮对压装合格与否的主要原因。
关键词：过盈量;有限元;ABAQUS;接触应力中图分类号：TH131.7 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0055-04Research on Axle Assembly Based on Finite Element Software ABAQUSKANG Dong LI Yue YANG Yongwei FAN Li（1. Chengdu Tongchuang Zhongyi Technology Limited Company，Chengdu Sichuan 610000;2.Sichuan Coal Industry Group Guangwang Company，Guangyuan Sichuan 628000）Abstract： In this paper， the finite element analysis of wheel-axle fit based on ABAQUS wa carried out， and the effects of interference， friction coefficient and geometric error on contact stress were analyzed. The results show that the overall trend of contact stress distribution along the axis is low in the middle and high at both ends. The location of the high stress zone appears near the edge of the hub mating surface， and there is obvious stress concentration phenomenon. The interference is the main reason for the qualifications of the wheelset pressing.Keywords： overflow fit;finite element;ABAQUS;contact stress在礦车轮对的装配过程中，目前被广泛所采用的方法是过盈连接，利用轮轴间的过盈量产生径向接触压力，在接触面会产生一个摩擦力，其可以改变扭矩和轴向力。
基于元软件ABAQUS的过盈接触分析
基于元软件ABAQUS的过盈接触分析过盈接触分析在工程实践中具有重要的应用价值。
过盈（interference fit）是指在装配过程中，轴向背靠安装的一个构件（阳极）直接插入另一个构件（阴极）中，形成一种摩擦连接。
在过盈接触中，由于构件之间的间隙较小，会产生接触应力和接触压力，因此需要进行过盈接触分析来确定接触区域的接触压力和应力分布。
元软件ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种各样的工程问题，包括过盈接触分析。
在ABAQUS中，可以通过建立合适的模型和进行相应的分析步骤来实现过盈接触分析。
首先，需要建立过盈接触的几何模型。
根据实际情况，可以使用ABAQUS提供的几何建模工具进行建模，或者导入已经建好的CAD模型。
然后，根据实际需求设置合适的边界条件和加载条件，如盖板压入力或拉伸力等。
并确定模型中涉及的材料性质，如弹性模量、泊松比等。
接下来，需要定义过盈接触的接触关系。
在ABAQUS中，可以用于描述接触特性的接触对可以是点对面、面对面或线对线等类型。
通过定义接触对的接触属性，如摩擦系数、初始间隙等，可以实现模拟过盈接触的行为。
在设置好接触关系后，需要进行网格划分和求解。
ABAQUS通过将几何模型离散化为有限元网格来进行求解。
可以根据实际情况选择不同的网格划分方法和网格密度，以平衡求解的精度和计算成本。
然后，可以选择合适的求解算法和时间步长来进行求解，得到过盈接触分析的结果。
最后，可以对求解结果进行后处理和分析。
ABAQUS提供了丰富的后处理功能，可以对接触区域的接触压力和应力进行可视化显示和数据提取。
通过分析结果，可以评估过盈接触的性能和可靠性，并根据需要进行设计优化或者改进。
总之，基于元软件ABAQUS的过盈接触分析可以帮助工程师更好地理解和解决过盈接触相关的问题。
通过合理的模型建立、边界条件设置、接触关系定义以及求解和后处理，可以获得准确的接触压力和应力分布，为过盈接触设计和工程实践提供可靠的依据。
基于Abaqus的某国六柴油机主轴承壁计算分析
POPULAR AUTO设计与创新基于Abaqus的某国六柴油机主轴承壁计算分析李曼利合肥和安机械制造有限公司技术中心 安徽 合肥 230601摘 要 利用有限元分析方法对某国六柴油机主轴承壁强度，疲劳特性进行仿真分析，重点对缸体、主轴承盖应力分布，高周疲劳、主轴承盖滑移量、冷、热状态轴瓦背压进行模拟计算。
模拟结果表明：缸体、主轴承盖的应力分布，轴瓦背压均满足强度使用要求；高周疲劳安全系数均高于1.1的最低限值要求，满足高周疲劳要求；主轴承盖最大滑移量为6μm，满足小于10μm的限值要求。
模拟分析结果为主轴承壁的设计提供了有力支撑。
关键词 主轴承壁；有限元；强度；疲劳前言发动机缸体主轴承壁作为支撑曲轴连杆机构的重要部位，在发动机工作过程中，长期承受着运动载荷，同时气缸燃气压力通过活塞、曲柄连杆机构传递到主轴承壁上，因此主轴承壁强度、疲劳分析对于发动机正常工作至关重要。
1 有限元模型的建立1.1 主轴承壁有限元模型建立将ProE三维数模导入到Hypermesh软件中进行网格划分，网格单元使用10节点四面体单元，单元类型为C3D10M。
针对模拟分析的重点部位，诸如轴承盖、螺栓孔及油孔部位使用更加细密的ISO 网格进行划分，以便增加有限元模拟计算的准确性。
具体的主轴承壁有限元网格划分模型如下图1所示。
每个主轴承壁模型包括缸体一部分、主轴承盖、上下轴瓦、定位销和主轴承螺栓。
其中缸盖结构对模拟结果影响很小，故采用简化结构，以加载缸内气体爆发压力。
（a）主轴承壁有限元模型 （b）轴承盖有限元模型 （c）轴瓦有限元模型图1 主轴承壁及相关部件有限元模型1.2 材料参数选取材料参数的选取准确与否直接关系到数值模拟分析的准确性，表1是主轴承壁的主要计算输入材料参数，重点是缸体和主轴承盖，主要涉及到材料密度、弹性模量以及泊松比等相关宏观参数。
表1 主轴承壁部件主要计算输入材料参数部件材料名称密度（T/mm3）弹性模量（MPa）泊松比缸体HT2507.2e-9 1.15e50.26主轴承盖HT2507.2e-9 1.15e50.26轴瓦钢7.8e-9 2.12e50.3固定螺栓钢7.8e-9 2.12e50.3POPULAR AUTO 设计与创新1.3 计算载荷和边界条件定义主轴承分析中输入载荷包含装配载荷以、缸盖爆发压力以及轴瓦EHD力。
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基于ABAQUS的轴承过盈配合接触应力分析*
高晓果，孔德龙，赵聪，刘文龙
【摘要】摘要:航空发动机主轴轴承内圈一般采用过盈配合的安装形式，通过一定的过盈量防止轴承内圈与轴发生相对转动，并对轴承内圈定位。
建立了基于ABAQUS软件的轴承内圈过盈接触问题的仿真分析方法，使用该方法分析了某型航空发动机低压转子推力球轴承的内圈过盈配合接触应力，分析了该轴承内圈在装配压紧时发生转动的根本原因。
建立的过盈配合接触应力分析方法可为航空发动机主轴轴承过盈配合的设计和校核计算提供理论依据。
【期刊名称】机械研究与应用
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】3
【关键词】关键词:轴承;航空发动机;过盈;接触应力
0 引言
航空发动机转子系统通过滚动轴承支承到承力机匣上，轴承内圈与转子轴采用过盈配合的安装形式，通过一定的过盈量防止轴承内圈与轴的相对转动，并对轴承内圈进行定位。
从力学角度看，过盈配合是接触问题的一种［1］，属于边界条件高度非线性的复杂问题，配合面呈现出很复杂的接触状态和应力状态。
常用的过盈配合设计是以拉美(Lame)方程为基础，并在俄罗斯学者加道林院士提出的组合圆筒理论基础上进行的。
基于拉美方程和厚壁圆筒原理的传统方法存在着一定的局限性，不能很好的适用于复杂结构的过盈配合设计。
在航空发动机中，主轴轴承过盈量的设计和选取主要是参考成熟型号设计经验，
很少对过盈配合的接触问题进行研究，如在某型发动的研制过程中，轴承内圈过盈装配到轴上后，采用压紧螺母进行压紧时，发生了内圈转动的现象，笔者以该工程实例为对象，使用ABAQUS有限元软件，对其过盈配合接触问题进行相应分析，分析了故障原因。
1 轴承内圈与轴的模型
笔者选取了在装配时发生转动的轴承内圈与轴的模型，其结构如图1所示，图2为三维模型图。
该轴承为双半内圈角接触球轴承，是某型航空发动机的低压压气机后支点，在工作时承受低压转子轴向力。
该轴承内圈与轴承采用过盈配合的安装形式。
过盈装配的方法是热装法，装配时先将轴承内圈加热到某一温度，使轴承内圈受热膨胀，再装配到轴上。
在该型发动机的某次装配工作中，内圈与轴的配合为过盈0.02 mm，进行内圈螺母压紧时，发现与螺母接触的半内圈发生了相对转动，另半内圈无转动现象。
考虑到接触分析是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，图1所示的模型具有轴对称性，选取装配时发生转动的半内圈，轴选取与轴承的配合段，建立如图2所示的二维模型，忽略轴上一些倒角和倒圆结构。
将图2所示的模型导入到ABAQUS中，进行网格划分，得到如图3所示的有限元模型。
轴承内圈和轴的材料参数如表1所列。
2 过盈配合接触应力问题的理论分析
根据资料［2］，轴承内圈与轴过盈配合接触应力可由式(1)进行计算:
式中:D为轴承内圈内径;D2为等效外径;E1为轴承材料弹性模量;u1为轴承材料泊松比;D1为轴内径;E2为轴材料弹性模量;u2为轴材料泊松比。
该计算方法将
非圆的轴承内圈简化为圆筒，忽略了轴承内圈结构对接触应力的影响。
3 基于ABAQUS的仿真分析
ABAQUS是功能强大的有限元软件，可分析复杂的固体力学和结构力学系统，处理高度非线性问题。
轴承内圈过盈配合接触应力分析借助于ABAQUS/Standard模块，主要思想［3］是利用Newton－Raphson算法求解非线性问题，把分析过程划分为一系列的载荷步增量，在每个载荷步内进行若干次迭代，得到可接受解后，再求解下一个载荷步，求解得到过盈配合边界条件和外载荷引起的应力和应变［3］。
使用有限元软件分析过盈配合接触应力问题的难点是过盈边界的设置，笔者的解决办法是通过几何干涉形成初始过盈量，建立三个载荷步模拟热装过程，第三个载荷步建立接触对来形成无几何穿透的过盈配合。
载荷步在step模块定义。
第一个载荷步中，设置轴、轴承内圈的全局温度为20℃ ;第二个载荷步设置轴的温度为20℃，轴承内圈的温度为200℃，该步骤中轴承内圈受热膨胀，配合面之间相互脱开;第三个载荷设置轴承内圈的温度为20℃，该载荷步中，轴承内圈自然冷却，由于轴承内圈与轴之间有初始的几何干涉，在该步骤中，定义接触对，接触类型为面－面接触，轴承内圈配合面为从面，摩擦类型定义为库伦摩擦，摩擦系统取0.3。
完成以上设置后，在ABAQUS的Job界面求解，延展轴对称单元构造等效的三维视图，得到轴承内圈配合面接触压力分布如图4，等效应力云图如图5。
由图4可知，轴承内圈在过盈量为0.02 mm时，配合面上的最大接触压力为1.728 MPa，接触应力分布沿轴向是不均匀的，分布特点是边缘略小。
使用式(1)的计算结果为1.49 MPa，相对于有限元仿真结果，理论计算结果值
略小，主要原因在于:①理论方法将轴承内圈简化为圆筒，这会带来一定的误差;②传统的理论计算方法不能进行迭代计算，对于过盈配合这种边界条件非线性接触问题，其计算误差相对加大。
轴承内圈与轴间的接触面摩擦系数取0.3，根据平均压力及接触面面积，计算配合面之间的摩擦力矩为248 N·mm。
螺母拧紧时，拧紧力矩用于克服螺纹副的螺纹阻力矩及螺母端面与轴承内圈端面之间的摩擦力矩，根据参考文献［4］，螺母拧紧力矩为1 000 n·m时，与轴承内圈端面之间的摩擦力矩为764 N·mm ［5］，该力矩大于轴承内圈与轴之间的摩擦力矩，这是装配过程中轴承内圈发生转动的根本原因。
4 结论
(1)建立的有限元模型及探索的过盈接触分析方法可以准确的分析轴承内圈与轴的过盈接触应力问题。
(2)某型发动轴承内圈在螺母压紧时发生套圈转动的原因是内圈与轴的摩擦力矩小于压紧螺母与轴承内圈端面的摩擦力矩。
参考文献:
［1］航空发动机设计手册总编委会.航空发动机设计手册［M］.第12册.北京:航空工业出版社，2002.
［2］(美)T.A.Harris，M.N.Kotzalas.罗继伟，马伟(译).滚动轴承分析.第I卷.轴承技术的基本概念［M］.北京:机械工业出版社，2010.
［3］石亦平，周玉蓉.ABAQU有限元分析实例详解［M］.北京:机械工业出版社，2006.
［4］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.第3册.北京:机械工业出版社，
2004.
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