膜片聯(lián)軸器有限元數(shù)值模擬

1 有限元模型

膜片聯(lián)軸器分析模型為多體接觸模型，包括螺母與膜片、膜片與膜片、膜片與聯(lián)接環(huán)、聯(lián)接環(huán)與法蘭、法蘭與螺母，以及螺母與中間軸、中間軸與膜片、膜片與螺母、鉸制孔螺栓與膜片間的接觸。對膜片聯(lián)軸器進(jìn)行三維接觸有限元分析時(shí)，有限元模型較大，并且接觸對較多，而接觸問題本身就是表面非線性問題，計(jì)算時(shí)間較長，其間還存在迭代收斂問題，因此對網(wǎng)格質(zhì)量和計(jì)算方法都有很高的要求?；谟成渚W(wǎng)格法，采用8 節(jié)點(diǎn)六面體Solid45 單元對膜片聯(lián)軸器進(jìn)行離散化處理，并接觸面之間的網(wǎng)格相互對應(yīng)，以良好的單元質(zhì)量，提高計(jì)算精度。各接觸物體間的接觸面建立Targe170 和Conta174接觸單元，各螺栓的預(yù)緊力采用Prets179 預(yù)緊單元模擬，扭矩轉(zhuǎn)化為切向力形式施加到法蘭右端，離心力按轉(zhuǎn)速形式施加，中間軸端面施加全約束。整個(gè)膜片聯(lián)軸器的有限元模型，共計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)127 511，單元數(shù)115 049。其中Prets179 單元數(shù)709，Targe170 單元數(shù)26 149，Conta174 單元數(shù)29 343。

2 有限元分析結(jié)果

在ANSYS 環(huán)境下，采用擴(kuò)展拉格朗日法來計(jì)算多體接觸問題。擴(kuò)展拉格朗日法是通過改變罰因子尋找拉格朗日乘子的迭代過程。與罰函數(shù)法相比，接觸剛度系數(shù)對它的影響相對較小，計(jì)算過程中增廣拉格朗日乘子法通常能夠產(chǎn)生較   的結(jié)果。

通過對膜片聯(lián)軸器的多體接觸有限元分析，可得等效應(yīng)力云圖，聯(lián)軸器僅取1 /4，以直觀地顯示螺栓的應(yīng)力狀態(tài)。聯(lián)軸器   大等效應(yīng)力為362 MPa，出現(xiàn)在外圈螺栓連接處，主要是由外圈螺栓組的預(yù)緊力引起。與螺母相聯(lián)的零件應(yīng)力也較大。膜片組的   大等效應(yīng)力為106 MPa，出現(xiàn)在膜片與內(nèi)圈螺栓的接觸區(qū)域，這是由內(nèi)圈螺栓組受切向力較大，且為鉸制孔螺栓所致。膜片組中   右端的膜片等效應(yīng)力   大。膜片聯(lián)軸器的綜合位移云圖，聯(lián)軸器   大綜合位移為0． 710 mm，出現(xiàn)在膜片聯(lián)軸器外圈螺栓處，這主要是預(yù)緊力和扭矩的聯(lián)合作用的結(jié)果。由于外圈與內(nèi)圈螺栓組預(yù)緊力的作用下，膜片受到擠壓，膜片中部出現(xiàn)彎曲，膜片組   大綜合位移出現(xiàn)在膜片中部，其值為0． 451 mm。預(yù)緊力、扭矩和離心力作用下，膜片組的等效應(yīng)力和膜片間接觸應(yīng)力分布曲線。各膜片的等效應(yīng)力值在52 ～ 106 ( MPa) 之間，兩端膜片應(yīng)力較大，中間膜片依次減小且分布較均勻，由于轉(zhuǎn)速較高，離心力對膜片應(yīng)力影響較為明顯。膜片組的   大接觸應(yīng)力為44．4MPa，其中   右端兩膜片間的接觸應(yīng)力相對較大，其它膜片間的接觸應(yīng)力分布較為均勻。

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