ansys 14.0深沟球轴承接触分析
基于ANSYS的深沟球轴承模态分析
图1轴承三维图零件固有频率理论计算2.1轴承内圈故障频率2.2轴承外圈故障频率2.3轴承滚珠故障频率（2.4零件故障频率表轴承工作时的转速为1750转/分，轴承的滚球个数，滚珠直径d=7.94mm ，轴承的节径为D=39.04mm 由公式计算得到各部件理论故障频率如表名称故障频率内圈外圈滚珠992.39656.95431.90表2零件故障频率表ANSYS 模态分析材料设置，弹性模量为1E+11pa ，泊松比率，约束如图3。
图3轴承约束添加3.4模态分析结果在Solution 中选择Total Deformation ，求解得到轴承前六阶固有频率，如图4、图5所示。
图4轴承固有频率图谱同时得到前六阶固有频率下的轴承变形量，在此列出第二阶固有频率下的轴承变形图，最大变形量为0.20269mm ，如图6所示。
4轴承谐响应分析4.1约束添加对上述的的深沟球轴承的内圈切一个小槽，形成有缺陷的轴承，对轴承进行谐响应分析与无缺陷轴承模态分析的材料设置、网格划分、模态约束相同，再添加谐响应约束，轴承工作时内圈受转矩为100N ·mm ，如图7所示。
4.2谐响应分析结果在Analysis Setting 中设置频率边界为0-1000Hz ，响中添加Total Deformation 和得到幅频特性曲线如图8。
·mm 工况下变形如图9。
根据谐响应分析结果，可知轴承在正常工况下，在轴承固有频率范围之内，随着加载频率增大，变形幅度增大，在频率为632Hz 附近时幅值增到最大，与计算出的内圈故障频率656.95Hz 相接近，故判定为内圈故障。
5结论①用ANSYS 有限元分析软件对深沟球轴承进行模态分析，得到前六阶固有频率下的轴承变形云图，在第二阶固有频率647Hz 频率下的轴承达到最大变形，变形量为0.20269mm 。
②给轴承内圈切一个小槽，对其进行谐响应分析。
谐响应分析结果显示，轴承在正常工况下，且小于轴承固有频率时，随着加载频率增大，变形幅度增大；在频率为632Hz 附近时幅值增到最大，与计算出的内圈故障频率656.95Hz 相接近，故判定为内圈故障。
ANSYS-球轴承-接触力学(转载)
ANSYS-球轴承-接触力学伍黎 2016年12月5日1213一、前言本案例使用ANSYS建立轴与轴承的过盈装配模型，对轴与轴承的过盈装配接触问题进行有限元分析，得出内圈与轴过盈配合时应力的分布情况和内圈与滚子之间接触应力的分布情况,以校验轴承设计参数是否合理，并得到合适的装配力。
滚动轴承是一种通用性很强、标准化的机械基础零件,它是影响旋转机械动力学特性的重要因素。
由于滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高，广泛应用于各种场合。
滚动轴承通常由内圈、外圈、滚动体组成。
内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转，外圈装在轴承座孔中。
在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。
当内外圈相对转动时，滚动体即在内外圈的滚道上滚动，它们由保持架隔开，避免相互摩擦。
滚动轴承是靠滚动体的转动来支撑转动轴的，因而接触部位是一个点，滚动体越多，接触点就越多；滚动轴承是各类机械传动系统中最重要的部件之一,也是较易损坏的部件。
实践表明,大量机械设备中传动系统的失效在很大比例上是由于滚动轴承受力变化引起的；在滚动轴承的设计与应用分析中,经常会遇到轴承的承载能力、预期寿命、变形与刚度等问题,这些问题都与轴承的受力和应力分布状态密切相关。
研究表明,轴承的寿命约与应力的7~9次方成反比，,因此对滚动轴承的内外圈和滚动体进行应力分析具有十分重要的意义。
本文采用ANSYS有限元分析软件建立滚动轴承的有限元模型并加载求解,进行应力场分析,得出应力场分布。
滚动轴承是标准机械零件,同一系列的轴承结构形式完全一样,其主要参数固定,只是内部设计参数不同,因此采用参数化设计即可实现同一系列轴承的建模。
基于轴承力学分析的理论和原则，简单介绍了模型与单体接触的hertz理论，并以滚动轴承为例，详细分析了轴承的接触应力、变形、载荷分布情况。
一步步建立了有限元模型，采用接触问题的拉格朗日乘子法，得到了比较直观的接触变形以及应力分析图。
二、几何模型的建立建立如图所示的模型。
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题，它在浩繁实际应用中都具有关键作用。
接触分析能够援助工程师设计和改进各种产品和结构，从而提高其性能和寿命，缩减故障和事故的发生。
ANSYS作为一款强大的工程仿真软件，提供了多种接触分析方法和工具，为工程师们解决接触问题提供了便利。
本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。
二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种：解析方法和数值模拟方法。
解析方法基于一系列假设和理论分析，能够给出理论解析解，但局限于简易的几何外形和边界条件。
数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件，利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形状况，可以适用于复杂的几何外形和边界条件。
ANSYS软件接受的是数值模拟方法，它基于有限元法和多体动力学原理，可以使用接触元素来建立模型，模拟接触过程中的互相作用，得到接触点的应力、应变以及变形信息，从而分析接触的性能和行为。
接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。
三、接触分析方法1. 接触元素：ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择，包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。
用户可以依据详尽的接触问题选择合适的接触元素，建立几何模型来模拟接触行为。
2. 接触定义：在ANSYS软件中，用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。
接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等；接触参数包括接触初始状态、接触刚度等；接触约束包括接触面间的约束条件等。
3. 接触分析：通过在ANSYS软件中建立模型，定义接触参数和加载条件，进行接触分析，得到接触点的应力、应变和变形信息。
可以通过分析结果来评估接触性能，发现可能存在的问题，并进行改进和优化。
四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域：在机械工程中，接触问题广泛存在于各种设备和结构中，如轴承、齿轮、支撑结构等。
ANSYS接触问题的计算方法及参数设置
ANSYS接触问题的计算方法及参数设置接触问题的关键在于接触体间的相互关系(废话,),此关系又可分为在接触前后的法向关系与切向关系法向关系:在法向,必须实现两点:1)接触力的传递。
2)两接触面间没有穿透。
ANSYS通过两种算法来实现此法向接触关系:罚函数法和拉格朗日乘子法。
1.罚函数法是通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值(接触位移)间建立力与位移的线性关系:接触刚度*接触位移=法向接触力对面面接触单元17*,接触刚度由实常数FKN来定义。
穿透值在程序中通过分离的接触体上节点间的距离来计算。
接触刚度越大,则穿透就越小,理论上在接触刚度为无穷大时,可以实现完全的接触状态,使穿透值等于零。
但是显而易见,在程序计算中,接触刚度不可能为无穷大(否则病态),穿透也就不可能真实达到零,而只能是个接近于零的有限值。
以上力与位移的接触关系可以很容易地合并入整个结构的平衡方程组K*X=F 中去。
并不改变总刚K的大小。
这种罚函数法有以下几个问题必须解决:1)接触刚度FKN应该取多大?2)接触刚度FKN取大些可以减少虚假穿透,但是会使刚度矩阵成为病态。
3)既然与实际情况不符合的虚假穿透既然是不可避免的,那么可以允许有多大为合适?因此,在ANSYS程序里,通常输入FKN实常数不是直接定义接触刚度的数值,而是接触体下单元刚度的一个因子,这使得用户可以方便地定义接触刚度了,一般FKN 取0.1到1中间的值。
当然,在需要时,也可以把接触刚度直接定义,FKN输入为负数,则程序将其值理解为直接输入的接触刚度值。
对于接近病态的刚度阵,不要使用迭代求解器,例如PCG等。
它们会需要更多的迭代次数,并有可能不收敛。
可以使用直接法求解器,例如稀疏求解器等。
这些求解器可以有效求解病态问题。
穿透的大小影响结果的精度。
用户可以用PLESOL,CONT,PENE来在后处理中查看穿透的数值大小。
如果使用的是罚函数法求解接触问题,用户一般需要试用多个FKN值进行计算,可以先用一个较小的FKN值开始计算,例如0.1。
实例基于ANSYSWorkbench的轴承内外套的接触分析
实例基于ANSYSWorkbench的轴承内外套的接触分析问题描述轴承外套外半径为30mm,内半径为15mm,另外一端为20mm；轴承内套外半径为17mm，另外一端为12mm，而内径为8mm,内外套高度均为60mm。
当用10N的外力压入内轴承套后，试模拟轴承内外套的受力情况。
（接触摩擦系数为0.2）,内外套材料均取默认的钢材。
问题分析1. 要仿真压入内套时接触面的摩擦应力和正压力，这是一个静力学问题。
因此需要使用静力学分析系统。
2.该问题属于接触非线性，而材料仍旧是线弹性的，但是同时要打开大变形开关进行几何非线性分析。
3.在DM中建模，使用旋转的方式直接创建四分之一模型就可以。
在DM中做好装配关系。
4.设置接触关系，是带摩擦的接触非线性，是外套的内锥面与内套的外锥面发生了接触。
5.使用扫掠方式划分网格。
6.在后处理中使用接触工具查看接触面的摩擦应力和压应力。
求解步骤1.打开ANSYS Workbench2.创建静力学分析系统。
3.创建装配模型。
双击geometry,进入到DM中，设置单位是毫米。
（1）创建轴承外套。
在XOY面内创建截面模型如下图。
围绕Y轴旋转90度，创建四分之一实体模型。
则外套创建完毕。
（2）创建轴承内套。
在XOY面内创建截面模型如下图。
围绕Y轴旋转90度，创建四分之一实体模型。
则生成了两个四分之一体。
退出DM.4.设置接触。
双击MODEL,进入到mechanical中。
选择外套的内面，内套的外面，其接触类型为有摩擦的接触，摩擦系数为0.2.5.划分网格。
对内外套均设置扫掠网格划分，并指定单元尺寸是2mm.网格划分结果如下。
可见，有2万多个节点，从而有6万多个自由度，静力学方程有6万多个。
6.进行分析设置。
打开大变形开关。
7.设置边界条件。
设置对称面约束。
四分之一界面上均为无摩擦支撑。
固定外套的顶面。
给内套顶面施加10N的力。
8.求解。
9.后处理。
查看接触状态。
可见，内套的上半部分在发生接触，而下半部分则没有接触。
《2024年基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》范文
《基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》篇一一、引言随着现代工程技术的快速发展，接触问题在各种工程领域中扮演着越来越重要的角色。
ANSYS软件作为一种强大的工程仿真工具，被广泛应用于解决各种复杂的工程问题，包括接触问题。
本文将详细介绍基于ANSYS软件的接触问题分析，并探讨其在工程中的应用。
二、ANSYS软件接触问题分析1. 接触问题基本理论接触问题是一种高度非线性问题，涉及到两个或多个物体在力、热、电等作用下的相互作用。
在ANSYS软件中，接触问题主要通过定义接触对、设置接触面属性、设定接触压力等参数进行模拟。
2. ANSYS软件中接触问题的分析步骤（1）建立模型：根据实际问题，建立相应的几何模型和有限元模型。
（2）定义接触对：在ANSYS软件中，需要定义主从面以及相应的接触类型（如面-面接触、点-面接触等）。
（3）设置接触面属性：根据实际情况，设置接触面的摩擦系数、粘性等属性。
（4）设定载荷和约束：根据实际情况，设定载荷和约束条件。
（5）求解分析：进行求解分析，得到接触问题的解。
3. 接触问题分析的难点与挑战接触问题分析的难点主要在于高度的非线性和不确定性。
此外，还需要考虑多种因素，如接触面的摩擦、粘性、温度等。
这些因素使得接触问题分析变得复杂且具有挑战性。
三、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程中的应用在机械工程中，ANSYS软件被广泛应用于解决各种接触问题。
例如，在齿轮传动、轴承、连接件等部件的设计和优化中，ANSYS软件可以模拟出部件之间的接触力和应力分布，为设计和优化提供有力支持。
2. 土木工程中的应用在土木工程中，ANSYS软件可以用于模拟土与结构之间的接触问题。
例如，在桥梁、大坝、建筑等结构的分析和设计中，ANSYS软件可以模拟出结构与土之间的相互作用力，为结构的设计和稳定性分析提供依据。
3. 汽车工程中的应用在汽车工程中，ANSYS软件被广泛应用于模拟汽车零部件之间的接触问题。
基于ANSYS的球轴承接触应力分析及准确性评价方法
基于ANSYS的球轴承接触应力分析及准确性评价方法
李满昌
【期刊名称】《哈尔滨轴承》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】球轴承接触应力是表征球轴承承载能力的重要参数,也决定了球轴承次表面疲劳剥落状态,对疲劳寿命分析具有重要意义。
本文使用ANSYS对球轴承的最大接触应力及应力分布状态进行分析,并通过实例进行验证,总结完善了其评价准则,可对工程应用拓展提供可靠方法及数据。
【总页数】3页(P29-31)
【作者】李满昌
【作者单位】哈尔滨轴承集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33
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利用ANSYS软件分析滚动轴承接触问题_韦春翔
（ 上海三一精机有限公司， 上海 201200 ） 摘 要： 轴承作为现代机械传动中重要的一环， 其工况的好坏直接影响整机的运行。 利用有限元分析软件 ANSYS， 建立滚动轴承接触分析的三维有限元模型 ， 并进行工况加载， 模拟得到承载过程中的应力 和变形分布趋势。并利用 Labview 软件对轴承在载荷下的信息进行了采集 ， 验证 ANSYS 分析轴承 接触问题的准确性。 关键词： ANSYS 滚动轴承 有限元 接触问题 文献标识码： B 中图分类号： TG502
施加在内部表面的轴向线的节点上 。 1． 6 有限元分析结果 （ 1 ） 显示结果 通过 ANSYS 后处理分析， 得到最大载荷作用下钢 球同内外圈的接触结果。 图 4 、 图 5 所示的分别是钢 球同内外圈的等效应力和模型的总变形 。模型的接触 应力如图 6 所示。 （ 2 ） 结果分析 从上面 ANSYS 进行有限元分析所得的结果可以 看出， 应力最大的地方发生在钢球与内圈接触处 ， 这与 理论计算中预期的初始接触点一致 。从图 4 可以很清 楚地看出， 两个相同材料接触体内部的接触应力是不 同的， 外圈最大接触应力在与钢球接触的位置 ， 最大应 力为 3 350. 8 MPa。而内圈最大应力发生在内圈滚道 边缘， 最大应力 P = 3 882. 6 MPa。 从图 5 得知， 内圈的接触变形为长轴 a = 1. 854 mm， 短轴 b = 0. 158 mm； 外圈的接触变形为 a = 1. 452 b = 0. 254 mm。 mm，
A study on rolling bearing contact by ANSYS
WEI Chunxiang，LI Weiwei，HUANG Zhiping，YE Dong （ Shanghai Sany Precision Machinery Co． ，Ltd． ，Shanghai 201200 ，CHN） Abstract： As an important part of modern machinery transmission mechanism，the bearing plays a direct effect on machine operation． By use of ANSYS，an finite element software，this paper establishes a 3D finite element model for analyzing rolling bearing contact，and obtains stress and deformation distribution tendency through simulation in working conditions． In addition，data of the bearing under load are gathered by means of Labview to verify the accuracy of ANSYS in dealing with bearing contact． Keywords： ANSYS； Rolling Bearing； Finite Element； Contact 工程实际中广泛存在的接触问题是一种高度非线 性问题， 两接触体间的接触应力随着外载荷的变化而 变化， 接触体的变形和接触边界的摩擦作用使得部分 边界条件随载荷的施加过程不同而变化 。轴承作为现 它依靠内部各构 代机械传动部分中十分重要的一环， 件间的滚动接触来支撑转动零件实现运动和力的传 递， 其工况的好坏直接影响整机的运行。 滚动轴承的 接触问题体现在两方面： （ 1 ） 滚动体与内外圈间的接 触应力大小； （ 2 ） 轴承在载荷下的变形量。 但是接触 问题的求解一般是比较困难的， 目前常用的是数值解 法。而数值解法又分为有限元法、 有限差分法、 边界单 元法等。其中有限元法是在工程上应用最为广泛的方 法， 它可以用来分析较复杂的接触问题。 本文以机械
基于ANSYS的深沟球轴承接触应力有限元分析
本文通过有限元计算仿真的方法分析滚动轴承的接 触非线性问题 。 深沟球轴承结构简单 、 使用方便 ， 是生产批量最 大、 应用范围最广的一类轴承 。 本文以 ６ ０ ０ ３ 深沟球
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图 １ 径向载荷的分布
如图 １ 所 示 ， 外部的径向载荷为 Ｆ 底部最大 ｒ ， 滚动体承载的 载 荷 为 Ｑ ， γ 为 滚 动 体 之 间 的 夹 角， ［ ］ ７ ９ － ： 根据 Ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｅ ｃ ｋ 的推导 ， Ｆ ｒ 与 Ｑ 之间的关系为 （ ） Ｆ Ｑ１ ｃ ｏ ｓ Ｑ２ ｃ ｏ ｓ ２ １ γ＋２ γ＋ … ｒ ＝ Ｑ ＋２ 通过比较各个钢球之间载荷的关系， 得到外部 径向载荷 Ｆ ｒ 与最大承载滚动体载荷之间的关系 ： ５ Ｆ ｒ （ ） ２ Ｚ ｃ ｏ ｓ ａ 式中 ， Ｚ 为滚动体个数 ； α 为承载时的接触角 。
表 １ 轴承参数
外径／ ｍｍ 内径／ ｍｍ 滚子直径／ ｍｍ ４． ５ 弹性模量／ Ｇ Ｐ ａ ２ ０ ７ 滚动体数量 １ ０ 泊松比 ０． ３ ３ ５ １ ７ －１ ·ｓ 径向载荷／ Ｎ 转速／ ｒ ａ ｄ １ ０ ０ ０ ２ ０ ９． ４ ４
３ 接触应力结果分析
通过 仿 真 计 算 得 到 的 轴 承 接 触 应 力 为１ ９ ０ ５ ， 通过 赫 兹 理 论 计 算 出 轴 承 接 触 应 力 为１ ＭＰ ａ ９ ４ ２ 。 ， ＭＰ ａ 通过比较可 以 看 出 赫 兹 理 论 解 与 有 限 元 解 具有较好的一致性 。 由图 ３ 和 图 ４ 可 以 看 出 ， 轴承最大的接触应力 发生在径向力作用 线 正 下 方 的 接 触 点 处 ， 即轴承的 疲劳破坏危险部位是在滚动体与滚道接触点处 。 且 与赫兹接触理论一致 。 接触区域近似呈椭圆形状 ，
基于ANSYSWorkbench的深沟球轴承接触应力有限元分析
；计 、 优化 和 失效 分析提 供 了参考依据 ， 有一定 的工程 实用价值 。 具 ； 关键词 ： 沟球轴承 ； 深 接触应 力 ； 限元 ； 性 有 非线 《 ｛
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ansys 接触分析详解
ansys 接触分析详解ansys是一种广泛使用的有限元分析软件，可用于许多工程领域，包括接触问题的解决。
接触分析是模拟不同组件之间的接触和相互作用的过程，包括机械接触问题、磨损问题和摩擦问题等。
在这篇文章中，我们将深入探讨ansys接触分析的基础知识和应用。
首先，ansys的接触分析功能主要是基于两个主要的接触算法：拉格朗日法和欧拉法。
拉格朗日法是一种基于位移的方法，它根据接触点的相对位移计算接触力，并将其应用于固体上。
欧拉法是一种基于速度的方法，它通过基于刚体动力学计算接触力。
两种方法各有优缺点，应根据具体问题选择合适的方法。
接下来，我们将介绍ansys中用于接触分析的工具和技术：1. 接触配对：在模拟接触问题时，需要对参与接触的两个组件进行配对。
ansys可以自动完成这个过程，并且用户可以通过手动指定匹配方式来进行更精确的模拟。
2. 接触条件：ansys支持多种接触条件，包括无摩擦、粘滞、线性弹簧和非线性弹簧。
用户可以根据实际情况选择合适的接触条件，并根据需要进行调整。
3. 接触分析类型：ansys支持两种接触分析类型：静态接触分析和动态接触分析。
静态接触分析用于研究静止状态下的接触问题，而动态接触分析用于模拟动态接触问题，例如冲击和振动。
4. 接触网格：接触分析需要对网格进行紧密的划分，以准确地表示接触面的几何形状。
为此，ansys提供了多种接触网格工具，包括自动网格划分、手动网格划分和基于接触表面的划分。
用户可以根据需要使用这些工具。
5. 接触后处理：完成接触分析后，还需要进行结果的后处理。
ansys提供了多种接触后处理工具，例如接触力分布图、接触区域和应力分布。
用户可以使用这些工具对结果进行深入的分析。
最后，ansys接触分析的应用范围非常广泛，例如机械工程、航空航天、汽车、船舶、建筑和医疗设备等领域。
ansys的接触分析功能可以帮助工程师准确地模拟接触问题，并提供精确的结果，从而帮助他们做出更好的决策和设计。
基于ANSYS的球轴承赫兹接触问题有限元分析
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基于ANSYS的深沟球轴承接触应力有限元分析
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摘 要 ： 过讨 论轴 承接 触 问题 的性 质 ， 通 分析 了深 沟球 轴 承接 触应 力的 计 算方 法 ， 用 Ａ Ｄ 利 Ｐ Ｌ参 数化 语 言建 立深 沟球 轴承 有 限元模 型 ， 过接 触边 界条 件 的处理 ， 到 深 沟球 轴 承 内、 圈及 滚 动 体 的接 触应 通 得 外
力， 仿真 计 算结果 与 赫兹理 论 解较 好 的吻合 ， 明有 限元 模 型 建 立的 正 确性 和 边界 条 件 施 加 的合理 性 ， 表 为
滚 动轴 承 的设计 优化 提供 了科 学依 据 。 关键 词 ： 沟球轴 承 ； 限元 分析 ； 触应 力 深 有 接
中 图分类 号 ： ３ ．３ ＴＨ １ ３ ３ 文献 标 志码 ： Ａ
滚动 轴 承的 刚 度 、 触 应 力 及 寿命 是 工程 应 用 接 中关 心 的热 点 问题 ｌ ｊ １ 。滚 动 轴 承 接 触 分 析 的问题 的性 质 ， 讨 分析 深沟 球轴 承接 触应 力 的计 算方 法 。利用 ＡＮＳ ＹＳ软 件 的 ＡＰ — Ｄ 数 化 语 言建 立 深 沟 球 轴 承 的 三 维 有 限 元 模 Ｉ参 型 。通 过加 载 边 界 条 件 ， 行 面一 进 面接 触 分 析 ， 出 得
ansys轴承接触问题分析-kzw
案例一轴承接触问题分析在此实例中，将对一个盘轴紧配合结构进行接触分析。
第一个载荷步分析轴和盘在过盈配合时的应力，第二个载荷步分析将该轴从盘心拔出时轴和盘的接触应力情况。
在旋转机械中通常会遇到轴与轴承、轴与齿轮、轴与盘连接的问题，根据各自的不同情况可能有不同的连接形式。
但大多数连接形式中存在过盈配合，也就是涉及到接触问题的分析。
这里我们以某转子中轴和盘的连接为例，分析轴和盘的配合应力以及将轴从盘中拔处时盘轴连接处的应力情况。
本实例的轴为一等直径空心轴，盘为等厚度圆盘，其结构及尺寸如图1所示。
由于模型和载荷都是轴对称的，可以用轴对称方法进行分析。
这里为了后处理时观察结果更直观，我们采用整个模型的四分之一进行建模分析，最后将其进行扩展，来观察整个结构的变形及应力分布、变化情况。
盘和轴用同一种材料，其性质如下：弹性模量：EX=2.1E5 泊松比：NUXY=0.3 接触摩擦系数：MU=0.2FINI/FILNAME,BEAR,1/PREP7ET,1,SOLID185!*ET,2,170 !*****目标单元ET,3,174 !*****接触单元!*KEYOPT,3,4,0KEYOPT,3,5,0KEYOPT,3,7,0KEYOPT,3,8,0KEYOPT,3,9,0 !***包含初始渗透KEYOPT,3,10,2KEYOPT,3,11,0KEYOPT,3,12,0KEYOPT,3,2,0KEYOPT,2,5,0!*NROPT,UNSYM!*!****定义实常数R,3,,,0.1,0.1,0,RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,RMORE,0.0,0,1.0,,1.0,0.5RMORE,0,1.0,1.0,0.0,,1.0!*MP,EX,1,2.1E11MP,PRXY,1,0.3Mp,mu,2,0.1 !****摩擦系数!*CSYS,4CYL4,,,0.034,0,0.1,90,0.025 WPOFFS,0,0,-0.01CYL4,0,0,0.025,0,0.035,90,0.15!*/pnum,line,1/rep!*!*内柱Lsel,s,,,14,16,2Lsel,a,,,17,19,2Lesize,all,,,15!*Lsel,s,,,13,15,2Lsel,a,,,18,20,2Lesize,all,,,2!*Lsel,s,,,21,24Lesize,all,,,20!*!***外柱Lsel,s,,,9,12,1Lesize,all,,,3Lsel,s,,,2,4,2Lsel,a,,,5,7,2Lesize,all,,,10Lsel,s,,,1,3,2Lsel,a,,,6,8,2Lesize,all,,,8!*AllsVmesh,all!*!********网格控制********* !Esize,0.005!Mshape,0,3d!Mshkey,1!Vmesh,all!********************!*定义接触!*目标面Asel,s,,,4Nsla,s,1Type,2Mat,2Real,3Esurf,allAlls!*!*接触面Asel,s,,,9Nsla,s,1Type,3Mat,2Real,3Esurf,all!*Fini/solu!****定义约束**** allsCsys,1Asel,s,loc,y,0 Asel,a,loc,y,90 Da,all,symm!*Asel,s,loc,x,0.1 Da,all,all,0!*******!*Antype,0,new!*Time,100 Autots,0 Nlgeom,1 Outres,erase Outres,all,allallsSolve!**Time,250 Autots,1 Nsubst,150,10000,10 Nsel,s,loc,z,0.14 D,all,uz,0.04solvefiniftc高校技术联盟kzw。
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用摘要：接触问题一直是工程领域中一个重要的研究课题，其涉及到材料力学、工程结构与设计等多个领域。
本文以ANSYS软件为工具，对接触问题进行分析，并探讨了在工程中的应用。
通过虚拟仿真与分析，可以有效地评估接触问题对于结构与材料性能的影响，优化设计方案，提高工程质量与安全性。
1.引言接触是指两个或多个物体之间产生的直接接触，是力学、机械工程、土木工程等领域中重要的研究课题。
接触问题的研究对于工程结构、材料力学等有着重要的意义。
然而，接触问题的分析与实验往往有一定的难度和限制，因此虚拟仿真成为了解决接触问题的有效手段。
ANSYS软件作为一款流行的有限元分析软件，可以通过建模、网格划分、求解等功能来模拟与分析接触问题，已经在工程实践中得到了广泛的应用。
2.接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括数学解析、实验测试和虚拟仿真分析。
相较于数学解析和实验测试，虚拟仿真分析具有灵活、高效、低成本的优势。
利用ANSYS软件，可以建立有效的有限元模型，通过模拟力学行为和应力变化来分析接触问题。
在确定接触材料模型、接触界面条件等参数后，可以进行接触问题的仿真与分析，得到关键参数和结果。
3.接触问题的影响及应用接触问题在工程领域有着广泛的应用，并且对工程结构与材料性能有着重要的影响。
例如，在机械工程中，接触问题的分析可以帮助解决机械传动、轴承、齿轮等部件的接触磨损、疲劳寿命等问题。
在材料工程中，接触问题的分析可以评估接触界面的剪切力、应力集中、接触面变形等情况，为合理设计材料与接触表面提供依据。
在建筑工程中，接触问题的分析可以帮助解决地基与建筑物之间的接触问题，确保结构的稳定与安全。
4.案例分析以机械传动为例，通过ANSYS软件的虚拟仿真分析，可以确定接触点的接触区域、接触压力、摩擦力等参数，并计算出相关的应力、应变和变形情况。
基于ansys深沟球轴承有限元的分析
应力是时时变化的。当滚动体进入承载区后，所受 载荷即由０逐渐增加Ｑ。。、Ｑ。。，直到最大值Ｑ一， 然后再逐渐减低到Ｑ：。、Ｑ。＋直至０。滚动轴承工作 时，可以是外圈固定、内圈转动，也可以是内圈固 定、外圈转动。对于固定套圈，处于承载区内的各 接触点，按其所在位置的不同，将受到不同的载 荷。处于Ｑ…作用线上的点将受到最大的接触载 荷，对于每一个具体的点，每当一个滚动体滚过 时，便承受一次载荷，其大小是不变的，也就是承 受稳定的脉动循环载荷的作用¨ｑ ｏ，如图１所示。
中图分类号：Ｓ
２２０
文献标志码：Ａ
文章编号：０５２８－９０１７（２０１２）０７—１０５３－０３
滚动轴承是广泛应用的机械支承，一般由内 圈、外圈、滚动体和保持架组成。向心球轴承是最 常用的一类滚动轴承，适用范围宽，生产批量大。 它主要用于承受径向载荷，轴承摩擦系数小，适宜 于高速运转，且内部结构简单，易于达到较高的制 造精度。影响轴承寿命的主要因素是接触疲劳和磨 损，而这２种失效又与接触应力密不可分。 在实际工作中，轴承的负荷分布是一个静不定 问题，因此采用有限元分析方法会有比较好的效 果，为此，采用ａｎｓｙｓ有限元分析软件建立深沟球 轴承的有限元分析模型并尽量模拟其工作时的受载 情况进行加载求解，以得到比较有效的静力学接触 分析结果。 赫兹理论是赫兹１８８１年求得的关于接触应力
万方数据
１（１５４
澎江右尊矸学
取综合曲率半径为尺，则有百１＝可１＋瓦１。
若２球体材料相同，取肛＝０．３，则有盯Ⅳ＝
２’０１２年第７期
为泊松比。
…。
¨８８浯。
当球面与平面接触时，取Ｒ：趋近于无穷大， Ｒ＝Ｒ。，带人式中可得接触应力口“ｊ。 但是当轴承的沟曲率半径系数工＜０．６时，由 赫兹理论所计算出的结果与实际情况的误差开始变 大ｏ¨，不能满足分析精度需要，此时，采用有限 元法计算会有好的效果。 ３建模、约束条件、施加载荷和求解
ANSYS在求解轴承接触问题中的应用
!产品设计与应用#ANSY S在求解轴承接触问题中的应用王大力,孙立明,单服兵,徐 浩(洛阳轴承研究所,河南 洛阳 471039)摘要:以点接触为例,对ANSY S有限元分析计算结果与赫兹解进行比较,指出在利用ANSY S求解接触问题时,接触体的接触区及附近区域的单元网格边长应不大于接触椭圆的半轴长度,且小于接触椭圆短半轴长度的50%时为佳,以满足有限元分析结果精度的需要。
关键词:ANSY S;有限元分析;赫兹接触;网格;单元;计算中图分类号:TH123.4 文献标识码:A 文章编号:1000-3762(2002)09-0001-04Application of ANSYS Softw arein Solution of Contact Problem of BearingW ANG Da-li,S UN Li-ming,SH AN Fu-bing,X U Hao(Luoyang Bearing Research Institute,Luoyang471039,China)Abstract:F or the example of point contact,the comparing analysis on ANSY S finite element analysis result and Hertz′s s olu2 tion has been made,when used ANSY S s oftware to s olve contact problem,element gridding edge length at the contact area and its adjacent area of contact bodies should be less than length of short half axis of the contact ellipse,as it less than50% length of short half axis,s o ANSY S s oftware analysis result is accurate.K ey w ord:ANSY S;finite element analysis;Hertz′s contact;gridding;element;calculate 在国外,有限元分析及仿真(C AE)作为分析工程问题的一种工具,使用已很普遍,在轴承领域中的应用也有一些报道。
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13 深沟球轴承接触分析13.1 实践任务和目的滚动轴承的刚度、接触应力及寿命是工程应用中关心的热点问题。
滚动轴承接触分析的困难在于滚动体与圈体的接触，滚动体在载荷为0的情况下与圈体接触为一点，随着载荷的增大，点接触变为面接触。
接触区域的位置、大小、形状、接触面压力及摩擦力分布等接触参数在分析前未知，它们随外载荷变，是典型的边界非线性问题。
深沟球轴承结构简单、使用方便，是生产批量最大、应用范围最广的一类轴承。
本实验以618/5深沟球轴承为代表，利用ansys软件的建立深沟球轴承的三维有限元模型。
通过加载边界条件，进行面－面接触分析，得出轴承的接触应力分布。
轴承弹性模量E=210GPa，泊松比0.3，作用在轴承上的力P=3.472Mpa。
13.2 实验环境Ansys14.0及其以上版本软件，win7以上版本操作系统13.3 实践准备接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，柔体─柔体的接触，在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触；另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。
1）接触分析的基本概念①接触协调因为实际接触体相互不穿透，Ansys在这两个接触面间建立一种关系，防止它们在有限元分析中相互穿过。
将程序防止接触面间相互穿透作用称为强制接触协调。
如果没有强制接触协调，接触面间会发生穿透。
②罚函数法罚函数法用一个接触“弹簧”在两个接触面间建立关系实现接触协调的方法，弹簧刚度称为惩罚参数（也可叫接触刚度）。
当接触面分开时（开状态），弹簧不起作用；当面开始穿透时（闭合），弹簧起作用，弹簧偏移量满足平衡方程：F = k△；式中k是接触刚度，△为穿透量，如图13.1所示。
图13.1 罚函数法为了使得平衡方程有意义，穿透量△必须大于0，然而, 实际的接触体相互不穿透，因此, 为了保证计算精度,应该使发生在接触界面处的穿透量最小，这意味着,理想的接触刚度应该是个非常大的值，但接触刚度太大, 一个微小的穿透将会产生一个过大的接触力,在下一次迭代计算中可能会将接触面推开。
另外用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡,并且常会发散。
③lagrange乘子法lagrange乘子法是另外一种接触协调方法，通过增加一个附加自由度（接触压力）来满足不可穿透条件。
④增广lagrange法增广lagrange法是将罚函数法和lagrange乘子法结合起来强制接触协调，在迭代的开始，接触协调基于惩罚刚度确定。
一旦达到平衡，检查穿透容差，然后根据需要调整附加自由度（接触压力），进行后续迭代计算。
图13.2增广lagrange法⑤接触刚度接触刚度是影响精度和收敛行为的最重要的参数，对于面-面接触，Ansys通过采用下层单元的刚度乘以系数（法向接触刚度因子：FKN）来确定接触刚度。
作为起始估计，对于接触中的大块实体FKN可取值 1.0，对于柔性较大(弯曲为主)的部件FKN可取值0.1。
在实际中，选择一个好的刚度值需要取不同的FKN值进行计算并结合相应的试验才能获得。
⑥穿透容差穿透容差也是影响精度和收敛行为的重要参数，对于面-面接触，Ansys通过采用下层单元的深度（h）乘以所给出的系数（穿透容差系数：FTOLN）确定穿透容差。
在确定FTOLN时，需要注意下面几点：●不要用一个软FKN 和一个紧FTOLN，要用合理的FTOLN值“协调”穿透；●太小的FTOLN 值将导致收敛困难，别用太小的容差值，增大FKN将减少穿透；.●尽管增大FKN100倍通常相应地会减少穿透,，然而其它重要项，如接触压力，可能至少会改变5%。
2）接触单元Ansys有三种类型的接触单元：①节点对节点点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）。
如果两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面与面的接触问题的典型例子。
②节点对面点─面接触单元主要用于给点与面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。
使用这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格，并且允许有大的变形和大的相对滑动。
③面对面ANSYS中最常用的接触单元是面-面单元，这些接触单元采用接触对概念，接触对由目标面和接触面组成。
刚性面被当作“目标”面，柔性体的表面被当作“接触”面，一个目标单元和一个接单元称为一个“接触对”，Ansys通过一个共享的实常号来识别“接触对”，为了建立一个“接触对”给目标单元和接触单元指定相同的实常号。
面─面接触单元有下面优点：●支持低阶和高阶单元；●支持有大滑动和摩擦的大变形；●提供工程目的采用的更好的接触结果，例如法向压力和摩擦应力；●通过控制节点实现对刚性面的控制。
3）选择接触面和目标面的原则目标面的选择遵循下面几条原则：●如果一个凸面与一个平面或凹面进入接触，平面和凹面应该是目标面；●如果一个面比另一个面更硬，较硬的面应该是目标面；●如果一个面是高阶，另一个面是低阶，低阶面应该是目标；●如果一个面网格粗糙，另一个面网格较细，那么网格粗糙的表面应该是目标面；●如果一个面比另外一个面更大，较大的面应该是目标面。
4）本实验单位量纲确定本实验采用的单位为Kg-mm-s，相应量纲单位换算如下：E=210GPa=210×109N/m2=210×109(kg.m/s2)/m2=2.1×1011(kg /(s2m))= 2.1×1011(kg /(s2×103×mm))= 2.1×108(kg /(s2mm))；P=3.472Mpa=3472(kg /(s2mm))；13.4 实验内容和步骤Step1 改变工作名和工作路径①拾取菜单Utility Menu→File→Change Johname。
弹出“Change Jobname”对话框，在“[/FILNAME]”文本框中输入bearing，单击“OK”按钮完成工作名设定。
②拾取菜单Utility Menu→File→Change Directory。
弹出“浏览文件夹”对话框，在对话框中选中预先建立的工作目录文件“test13”，单击“确定”按钮完成工作路径设置。
Step2 选择单元类型拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete。
弹出“单元类型”的对话框，单击对话框中的“Add”按钮，弹出如图13.3所示的单元类型库对话框，在对话框左侧列表中选择“Solid”，在右侧列表中选择“Brick 8 node185”，单击“OK”按钮完成单元创建。
再单击“单元类型”对话框的“Close”按钮关闭对话框。
图13.3 单元类型库对话框命令：ET, 1, Solid185 !定义单元Step3定义材料特性拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”的对话框，在右侧列表中依次单击“Structure”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出“材料属性设置”对话框，在“EX”文本框中输入2.1e8，在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比）；单击“OK”按钮完成材料的弹性属性定义，如图13.4所示。
图13.4 材料属性设置对话框命令：MP, EX, 1, 2.1e8 !定义弹性模量MP, PRXY, 1, 0.3 !定义泊松比Step4 建立几何模型①偏移工作平面拾取菜单Utility Menu→WorkPlane→Offset WP to→XYZ Locations，在弹出的“Offset WP to XYZ Locations”对话框的文本框中输入0,0,-5.5，输入后单击“OK”按钮完成将工作平面偏移到指定位置的操作。
拾取菜单Utility Menu→WorkPlane→Display Working Plane，在工作区显示工作平面。
②创建轴承的外环和内环拾取菜单Main Menu→preprocessor→Modeling→V olumes→Cylinder→Hollow Cylinder，弹出图13.5所示的对话框，按图输入数字（0，0，17.5，13.8，11）后单击“Apply”按钮完成轴承外环的创建。
再按图输入数字（0，0，9.7，5，11）后单击“OK”按钮完成轴承内环的创建。
创建外环创建内环创建中间圆环Boolean生成滚道创建滚珠复制滚珠图13.5 创建轴承几何模型③创建中间滚道拾取菜单Utility Menu→WorkPlane→Offset WP to→Global Origin，将工作平面恢复到原始位置，再拾取菜单Main Menu→preprocessor→Modeling→V olumes→Torus，弹出图13.5所示的对话框，按图输入数字（3.2，0，11.75，0，360）后单击“OK”按钮完成中间圆环的创建。
然后拾取菜单Main Menu→preprocessor→Modeling→Operate→Boolean→Subtract→Volumes，在弹出的拾取对话框中先选择内外环（V1，V2）作为被减除对象，单击“OK”按钮后，在选取中间圆环（V3）作为减除对象，单击“OK”按钮完成中间滚道创建。
④创建滚珠拾取菜单Main Menu→preprocessor→Modeling→V olumes→Sphere→Solid Sphere，按图输入数字（3.2，0，-11.75，3.2）后单击“OK”按钮完成一个滚珠的创建。
再拾取菜单Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→Global Cylindrial将激活坐标系转换为柱坐标系，然后拾取菜单Main Menu→preprocessor→Modeling→V olumes，弹出的拾取对话框中，在工作区选择滚珠，单击“OK”按钮弹出图13.5所示的对话框，按图输入数字（7，0，360/7，0）后单击“OK”按钮完成滚珠的复制。