零件組裝時(shí)通常會(huì)有裝配變形和裝配應(yīng)力，為了全面了解裝配過程中零件的變形和應(yīng)力分布情況，通常需要完整的模擬整個(gè)裝配過程，而零件的裝配過程一般包含多個(gè)步驟，其中常常包含非線性材料的大變形，而且內(nèi)部零件之間的連接主要依靠非線性接觸。這種包含大量非線性接觸的模型很難達(dá)到收斂。ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的基于有限元方法的工程模擬軟件，ABAQUS/Standard 是其一個(gè)通用分析模塊，它能求解廣泛的線性和非線性問題，對(duì)于解決上述問題具有一定的優(yōu)勢。

本文以某零件折邊封裝為研究對(duì)象，建立其有限元模型，使用ABAQUS/Standard對(duì)折邊封裝過程進(jìn)行模擬，分析了折邊封裝過程中主要零件的裝配應(yīng)力以及裝配間隙的變化，并通過施加溫度載荷，分析了溫度變化對(duì)于零件裝配間隙的影響。通過分析結(jié)果提出了改進(jìn)的建議并驗(yàn)證了建議的有效性。

2 有限元模型的建立

2.1 計(jì)算模型載荷工況

本模型需要分析兩組折邊封裝，第一組折邊內(nèi)的零件處于安裝完成后的位置，第一個(gè)分析步是模擬第一組折邊內(nèi)部零件的過盈配合，建立內(nèi)部零件間的接觸關(guān)系。具體分析步驟見圖1~圖 3。

圖1 分析步 1

圖2 分析步 2~4

圖3 分析步5~11

2.2 計(jì)算模型概述

為了減小模型尺寸，使用1/4對(duì)稱模型。采用CD8I和 C3D6固體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，關(guān)鍵零件厚度方向采用4層單元。模型包含14533個(gè)單元，21023個(gè)節(jié)點(diǎn)。材料均使用非線性材料，模型和邊界條件分別如圖4和圖5 所示：

圖4 所 網(wǎng)格模型

圖5 邊界條件

3 主要步驟分析結(jié)果

各主要載荷工況下關(guān)鍵部位應(yīng)力圖，如圖6~圖9所示：

圖6 裝配后板彈簧片的應(yīng)力云圖

7 第一組折邊封裝后的應(yīng)力云圖

8 第二組折邊封裝后的應(yīng)力云圖

圖9 溫度載荷后折邊的變形(第11步和第9步模型位移差值)

各工況下的裝配間隙值如圖 10 所示，我們可以清楚地了解到裝配過程中關(guān)鍵零件間隙的變化情況。

圖10各工況下的裝配間隙值

此外，這里也給出 baseline基礎(chǔ)上的三套改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的結(jié)果如圖 11所示，通過分析各個(gè)零件的裝配應(yīng)力和變形情況，找出了控制裝配間隙的最佳設(shè)計(jì)方案，通過比較，最終滿足了客戶所要求的設(shè)計(jì)。

圖11 不同設(shè)計(jì)方案的裝配間隙值

4 結(jié)論

1) 由圖9可以看出，溫度對(duì)折邊變形的影響較大，卸去溫度載荷后的變形達(dá)到0.1mm。2)從 Baseline 的計(jì)算分析結(jié)果圖 10可見，在最初消除過盈配合間隙的工況一中，裝配間隙是最大的,在工況 8，即施加壓緊載荷時(shí)，間隙為零。

資料來源：達(dá)索官方