供稿/上海生信計(jì)算機(jī)科技發(fā)展有限公司 王成敏

SOLIDWORKS Simulation在過盈裝配件插拔力計(jì)算中的應(yīng)用

供稿/上海生信計(jì)算機(jī)科技發(fā)展有限公司 王成敏

插拔件的拔出過程非常復(fù)雜，整個(gè)過程中插拔件的受力情況不斷變化。拔出過程中的強(qiáng)度校核，拔出力計(jì)算都是我們關(guān)心的問題。SOLIDWORKS Simulation Premium的非線性分析可以模擬插拔件的拔出過程，校核它在整個(gè)拔出過程中的強(qiáng)度，并得到整個(gè)過程中的拔出力。本文以一個(gè)插拔件模型為例，在Simulation非線性中模擬插拔件拔出過程，校核了拔出過程插拔件的強(qiáng)度，得到拔出力。

一、引言

提到插拔件，大家并不陌生，它在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜浅Ｖ匾慕巧▓D1），小到插頭、線纜、手機(jī)充電器，大到船舶、大型工業(yè)設(shè)備，都活躍著插拔件的身影。因?yàn)椴灏渭擅摚赡軐?dǎo)致信號(hào)阻斷，影響產(chǎn)品正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。使得顧客對(duì)產(chǎn)品的滿意度大打折扣，合理的拔出力對(duì)插拔件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

由于拔出力在拔出過程中不斷變化，計(jì)算拔出力一直困擾著設(shè)計(jì)人員，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法受人為因素影響較大，測(cè)得的結(jié)果無法準(zhǔn)確反映拔出力。Simulation Premium中的非線性仿真功能可以模擬插拔件的拔出過程，得到拔出過程中插拔件的強(qiáng)度數(shù)據(jù)和拔出力。

二、問題描述

本文以一個(gè)非常常見的插拔件模型為例，該插拔件由一個(gè)拔出件和一個(gè)固定件組成，圖2為初始狀態(tài)，圖3為插入狀態(tài)剖面圖，圖4為插拔件拔出狀態(tài)剖面圖。本文將模擬插拔件拔出過程，校核拔出過程中的強(qiáng)度，計(jì)算拔出力。本例符合運(yùn)用對(duì)稱的條件，所以我們?nèi)?/4模型分析，如圖5所示。

圖1 生活中的插拔件

圖2 插拔件初始狀態(tài)圖

圖3 插拔件插入狀態(tài)剖面圖

圖4 插拔件拔出狀態(tài)剖面圖

圖5 插拔件1/4模型圖

三、拔出過程

拔出過程是由初始狀態(tài)到拔出狀態(tài)的過程，將拔出件沿水平方向移動(dòng)一段距離（本例中為2.85mm）。顯然靜應(yīng)力分析只能得到拔出時(shí)刻的應(yīng)力和拔出力，無法模擬整個(gè)拔出過程。而非線性分析則可以模擬整個(gè)拔出過程，得到整個(gè)過程中的強(qiáng)度和拔出力。

1.Simulation模擬設(shè)定

材料屬性：定義插拔件為超彈性Mooney-Rivlin的丙烯酸（中高沖擊），如圖6所示。

圖6 材料屬性

2.連接定義

定義兩個(gè)零部件接觸面的冷縮配合的面組接觸，摩擦系數(shù)為0.177，如圖7所示。

圖7 面組接觸

3.約束設(shè)定

定義對(duì)稱約束，如圖8所示。固定件的頂端面被固定，對(duì)該面應(yīng)用固定幾何體，添加約束如圖9所示。

圖8 對(duì)稱設(shè)置

圖9 添加約束

4.外部載荷

拔出件沿水平方向拔出2.85mm，輸入規(guī)定的位移載荷，如圖10所示。

圖10 添加位移載荷

5.網(wǎng)格劃分

拔出件的凸出扣部分是主要的受力部分，針對(duì)該部分我們應(yīng)用網(wǎng)格控制，采用比較小的單元對(duì)該部分進(jìn)行劃分，如圖11所示。其余用基于混合曲率的網(wǎng)格默認(rèn)的設(shè)置進(jìn)行劃分，如圖12所示。

由此完成設(shè)置，對(duì)模型進(jìn)行求解分析，讀取結(jié)果。

圖11 應(yīng)用網(wǎng)格控制

圖12 網(wǎng)格劃分

四、結(jié)果分析

在結(jié)果中查看整個(gè)拔出過程中的強(qiáng)度，圖13、14是拔出瞬間的應(yīng)力圖。在開始拔出的瞬間，最大應(yīng)力高達(dá)7.568MPa，發(fā)生在固定件與拔出件接觸的位置。同時(shí)也是整個(gè)拔出過程中的最大應(yīng)力。在現(xiàn)實(shí)生活中，也是在固定件開口處出現(xiàn)破壞，說明固定件開口位置比較危險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)需防止破壞。

由此計(jì)算拔出力。拔出力在拔出過程中不斷變化，開始拔出瞬間，拔出力最大，約1.9N。然后隨著拔出會(huì)有波動(dòng)，大概在1.6N，完全拔出后，拔出力減小到0，如圖15所示。

圖13 開始拔瞬間應(yīng)力圖解

圖14 最大拔出應(yīng)力圖解

圖15 拔出力圖解

五、結(jié)語

SOLIDWORKS Simulation Premium中的非線性分析可以解決材料非線性、大變形和邊界條件非線性等問題。本例中插拔件材料是超彈性材料，拔出件的邊界條件不斷變化，在拔出過程中產(chǎn)生較大的變形，因此適用于非線性分析。得到在固定件開口處應(yīng)力最大，與實(shí)際情況相符，拔出力在開始拔出瞬間最大，而后隨著拔出件的拔出，會(huì)有微小波動(dòng)，完全拔出時(shí)，拔出力減小到0。