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2004 ANSYS 中国用户论文集
卡环的弹塑性及接触分析
邹正刚
上海航天局第八设计部,200233
[ 摘要] 本文使用 ANSYS 软件分析了某卡环在弹塑性及接触状态下的变形和应力、应变,找出其薄弱
部位,为后续改进设计提供了依据。
[ 关键词] 弹塑性,接触,变形,应力
Elastic-Plastic and Contact Analysis of an Elastic Part
Zou Zhenggang
Shanghai Spaceflight bureau, 200233
[ Abstract ] In this paper ANSYS has been used to elastic-plastic and contact analysis for an elastic part. The
results of displacement and stress vs. load can be used to followd fatigue anasys.
[ Keyword ] elastic,plastic,contact
1. 前言
某航天产品中固定翼面用的弹性零件-卡环,在使用过程中发生过断裂。虽然只是个别
现象,但考虑到卡环的断裂会给产品的使用带来极大的麻烦,因此有必要采取措施以避免同
类问题的再次发生。为对卡环的安全使用提供改进的依据,除了对卡环进行必要的试验外,
通过强度分析也可提供一定的数据。
2. 分析情况
. 结构情况
卡环形状为一开口环形结构,其外形见图
1。其材料为沉淀不锈钢。
. 计算模型
采用有限元方法计算结构的变形和应力、应
变,考虑到对称性,取半个卡环进行建模,然图 1 卡环结构外形
后通过镜像得到整个卡环的结果。共建立了
两个模型,模型 1 只考虑卡环本身,不考虑
接触;模型 2 增加考虑卡环与内部圆轴的接
触。模型 2(图 2),去掉中间圆轴即为模型 1。
计算时考虑弹塑性,采用各向同性双线
性材料模式。材料性能为:
σb = 1314 MPa; = 1177 MPa;
E = 201000 MPa; E tan = 10000 MPa (近
似值)。
计算载荷为卡环夹柄上的力。由于卡环
中的最大应力已进入塑性,难以直接确定使图 2 计算模型 2 (去掉中间的圆轴即为模型 1)
卡环两边的夹柄近似闭合所需的力值,因此
在试算时先将力取得大一些,再根据计算结果选取恰好使夹柄近似闭合的载荷步的结果作为
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分析所需的数据。
计算时在卡环柄侧面施加压力载荷 30 Mpa,
合力约为: N。
. 计算结果
. 模型 1 的计算结果
首先进行弹性计算,结果发现卡环应力已超过
屈服应力近一倍多。随后进行了弹塑性计算。根据
弹塑性计算结果可以看到,当载荷达到给定载荷的
%,即约 N 时(图 3),卡环近似闭合。
整个加载过程中的 Mises 应力和总应变变化见表 1
和图 4。图 3 模型 1,卡环变形–近似闭合情况
表 1 模型 1 最大位移、Mises