上海航天控制技术研究所：考虑螺纹真实接触的微小变形数值仿真

1年前浏览1170

导读：作为“2021一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛工程仿真创新设计赛项”企业组的参赛队-上海航天控制技术研究所微小变形仿真队。我们的初赛，决赛参赛题目分别为《低温下导引头主镜支座微小变形分析》和《新型绝缘气路接头设计》，最终荣获金砖大赛工程仿真创新设计赛项的企业组二等奖。在此感谢单位对大赛的鼎力支持，同时也感谢金砖大赛工程仿真创新赛项专家评审团对本单位仿真工作的认可。

因此，我们作品入选首届金砖大赛工程仿真创新设计成果展，2022年1月19日，团队将在仿真秀官网和APP公开直播《带螺纹的微小变形分析》，详见后文，如有不当，欢迎各位读者批评指正，以下是我的初赛参赛作品（扫码观看）：

一、微小变形分析简述

在光机结构设计中，最显著的两个特征是变形量极小（微米量级），且往往需要用到螺钉连接，由于光学器件造价较高，所以光机结构仿真就显得尤为重要，但是，常规的仿真手段往往很难得到光机结构设计所需的较为精确的结果。

二、关键技术难题

仿真软件中所用的接触算法与自然界中的接触行为存在一定的差异：仿真软件中相互接触的两个物体通过穿透量和接触刚度建立接触力，也就是说当穿透量为零时，接触力也为零，而对于真实接触行为来说，物体间不存在穿透一说。这种差异对于变形量较大的仿真来说可能影响不大，但对于变形量在微米量级的微小变形仿真，会有很大影响。

螺纹连接和胶粘连接是光机结构设计中最常用的两种连接方式：对于螺纹连接，常规的做法是忽略螺纹的真实结构，直接施加预紧力，对于微小变形分析，最好是能考虑螺纹真实的接触状态，与实际情况更加贴合。

三、仿真案例

上述仿真案例中，接触的穿透量控制在3E-8（米）以内，而光机结构设计的仿真精度控制在1E-7内一般就可以了（视具体要求而定），对于螺纹接触，本案例中螺纹的接触状态和真实螺纹结构也较为接近，若接触面设置为摩擦接触，那么螺纹处的接触状态均为SLIDING，与真实螺纹接触状态不符。在隐式求解中，接触设置的调整比较复杂，个人认为ansys隐式接触非线性功能是最强大的，但可能对新手来说，不太友好。本例中，螺纹接触功能使用APDL中的SECTDATA命令可以实现，具体可参考帮助文档。

图1.螺纹接触状态图

图2 接触穿透

四、微小变形分析公开课

2022年1月19日20时，2021一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛工程仿真创新设计赛项”企业组的二等奖获奖队伍-上海航天微小变形仿真队，受邀在首届金砖大赛工程仿真创新设计成果展，公开分享《带螺纹的微小变形分析》讲座，诚邀各位专家同行莅临交流，批评指正。

上海航天控制技术研究所：低温下主镜支座微小变形数值模拟创新设计-仿真秀直播

以下是我们安排的讲座！

（完）

作者：陈珂上海航天技术研究院第803研究所（上海航天控制技术研究所）在职结构工程师。主要从事武器结构仿真相关工作：对于重要武器型号在研制，生产，环境测试过程中遇到的工程问题进行仿真分析，对关键结构进行优化设计，因保密原因无法详细介绍工作内容。擅长分析的问题包括：静力学分析，非线性接触问题，热分析，微小变形分析等隐式分析，熟练使用ANSYS APDL，ANSYS workbench，hypermesh等CAE工具。

声明：原创作品，首发仿真秀App，部分图片和内容源自网络，如有不当请联系我们，欢迎分享，禁止私自转载，转载请联系我们。

来源：仿真秀App