更为复杂的系统和装配增加了对仿真的需求。这种需求更进一步驱动了对快速而强大的功能的需求,这种功能可以正确仿真装配过程中的组件之间的互动。在装配过程中,组件可以多种方式进行互动——从简单接触到摩擦接触。装配组件的方法也有很多,例如使用点焊等紧固件、胶接和螺栓连接。
其中的关键因素之一就是模型设置。这是指迅速并轻松发现所有接触组件并准确定义任何两个组件之间接触状况的一种能力。自动装配探测存在于前/后处理器应用中,如 Femap®。这是一种确定哪些组件接触,提供所有接触情况的可视化呈现的一种能力。这里的可视化呈现可以是接触面到接触面的,或者是零部件到零部件的。通过参照一个合适的属性定义,连接行为可被表示成简单接触或胶接接触。这可以在执行接触探测时自动完成,或在现有定义可被轻松编辑和更改的情况下后来添加。此外,新的接触段可从零开始手动定义。接触状况可被应用到网格前的几何体模型上,或固体有限元面或壳单元本身。
诸如透明亮光笔等功能使可视化模型接触段和区的任务更加容易,这有助于用户了解更为复杂的装配模型是如何被装配到一起的,以及不同组件之间是如何互
动的。
线性接触
对于表面接触问题的苛刻解决方案一般要求以一种非线性方法来解释接触和其他潜在的非线性行为,如大变形和非线性材料属性。但是,如果可能将其控制在某些限制范围内(小挠度和线性材料行为),那么“线性接触”就是一种在准确性上绝无妥协的更为简单的解决方案。
举例来说,NX® Nastran 中的面到面线性接触功能在一种线性静止分析解决方案中运行并使用一种互动方法来搜索并探测装载中的单元面的接触。用户可仿真任意摩擦的限定滑动。
胶接连接
“胶接连接”可被用来胶接装配组件。它还允许连接组成不同或非相连网格的零部件,只要这些零部件共享同一个连接界面。NX Nastran 的“胶接连接”功能使用一种创新方法来重新定义连接表面的网格,因此界面载荷传递可尽可能地准确分布。
这种方法的结果获得了明显改善,也产生了更平滑的结果轮廓,尤其是在连接面上。这是典型的更为传统的非相连网格连接,如刚体单元或多点约束,它将产生较差的结果。这使胶接连接可存在于即便是要求高准确性的模型中。因此,无需确保这种连接方式远离关键区和应力大幅变动区。
相连网格模型 胶接连接模型
(所有四面体模型) (六面体网格刮片,四面体网格基础)
线性或胶接接触?
显然,用户需选择一种装配模型的相应的接触状态,以便准确表示真实情况。选择胶接而非线性接触将彻底改变模型行为,影响载荷路径以及模型内的结果。
举例来说,一个简单的铸耳和铸梢的建模就同时使用了线性接触和胶接连接。线性接触举例中的铸梢和铸耳的载荷传递只会在轴承面上发生,对面会打开一个缺口。使用胶接模型,铸梢可以推拉铸耳,从而产生一种截然不同的结果和应力分布。
胶接接触(σmax = 50,500 lbf/in2) 线性接触(σmax = 78,800 lbf/in2)
除了不同的接触建模方法,其它方法还可通过诸如紧固件、点焊和螺栓接头等连接单元实现装配中的组件连接。
点焊和紧固件
用于连接组件的点焊和紧固件一般使用一个连接单元进行建模,该单元可连接两个表面路径、单元或点。被连接的网格不要求相符,这就赋予了装配不同组件时的更大的自由空间。 一般来说,连接器单元的刚度取决于焊接直径、长度(如非点焊)以及材料属性。
螺栓连接
当装配组件被用以螺栓进行连接时,螺栓紧固的扭矩转化成轴螺栓预负荷。通常较理想的是,根据已经设定并产生的预负荷分析螺栓结构,但是由于孤立的预负荷状况,你可能也想获得应力分析结果。在传统的有限单元分析中,螺栓预负荷的建模使用的是等效热载荷。但是,这种方法是大约的,包含多个螺栓的模型往往要求许多解决方案之间的互动。NX Nastran 应用的这种方法可实现这一多解决方案过程的自动化和简化。螺栓本身被表示成梁单元,末端采用螺栓预负荷。
有限单元分析师团队现可更加轻松地获得诸如接触、胶接和连接单元等功能性。技术进步推进这一功能的可用性,并确保其准确性不受影响。加上用于建模和可视化的前/后处理器支持,建立和分析装配模型的任务现在简单多了。