在有限元分析中有两个经典的有限元分析问题,一个是平面应力问题,另外一个是轴对称问题。这两种有限元分析的经典问题都属于2D方面的问题。

不管是平面应力问题还是轴对称问题,主要目都是简化用于有限元分析的模型,提高计算速度。相比于用实体单元划分网格来进行有限元计算,采用2D平面单元可以极大的减少单元数量,而且我们将三维模型简化为二维模型后,可以对二维模型划分更多的单元格来提高运算精度。

轴对称模型的应用范围

  • 轴对称模型必须有一个中心轴,模型从中心轴的任意角度剖分截面均保持一致,比如一个旋转特征的零件(圆管、轴类、旋转壳体类)。
  • 轴对称模型不仅要满足几何上的对称,其边界条件也要以中心轴对称,比如固定约束、载荷、材料、接触条件等等。
  • 这里我们仍然使用前面内容中的“如何计算轴和轮毂过盈配合时的拆卸拔脱力?”中的模型做为例子,这样我们就可以很好的对比一下使用实体单元计算和轴对称单元计算的区别了。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

轴对称有限元分析的开启

  • 新建一个静应力分析,勾选使用2D简化。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

  • 在静应力分析2D简化中,选择轴对称的算例类型,然后指定模型的中心轴和中心截面,将实体模型转换为轴对称模型。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

轴对称有限元分析步骤

  • 对零件添加材料,材料类型和前面分析使用的材料保持一致。SW有限元建模中的轴对称问题分析实例
  • 删除连接中默认的接触关系,新建一个本地交互的接触关系,选择手动方式,类型为冷缩配合,分别选择轴和轮毂的两条边线。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

  • 使用夹具固定轴的一边。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

  • 前面的边界条件添加完成后,使用2mm的网格划分单元格。
  • 单元格划分完毕后,直接运行求解,由于这里采用的是轴对称,划分的单元都是平面单元,因此很快就可以完成计算。
  • 下面,我们可以对比一下使用轴对称的方式得到的计算结果和前面使用实体单元计算得到的结果。从结果上看两种计算方式得到的结果是一致的。
SW有限元建模中的轴对称问题分析实例
如何使用SW有限元求解过盈配合时的装配应力

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推荐 2022-06-10

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例 SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

拔脱力计算

  • 在上一篇的内容中,使用实体单元来计算拆卸过程中的拔脱力使用了34分钟漫长的时间,这里我们来看一下在轴对称模型的计算中需要使用多长的时间。
  • 对下图中的边线添加一个向左移动5mm的位移载荷。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

  • 进行有限元计算,这次我们只使用了3秒钟就完成了前面花费34分钟完成的计算
  • 再来看一下拔脱力,这次计算的拔脱力为56192N,与前面使用实体单元计算的56014N基本一致。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例

  • 最后,我们来看一下位移动画。对于计算结果,我们还可以使用鼠标右键选择显示为3D图解来将轴对称模型的计算结果还原成为3D图形来显示。

SW有限元建模中的轴对称问题分析实例