基于ANSYS／FE—SAFE的模具联接螺栓疲劳仿真分析.pdfVIP

维普资讯 学兔兔 第1期 (总第146期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．1 2008年2月 MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION Feb． 文章编号：1672—6413(2008)01—0023—03 基于ANSYS／FE—SAFE的模具联接螺栓疲劳仿真分析 张 逊，姜年朝 (南京模拟技术研究所，江苏 南京 210016) 摘要：分析了预紧力和热应力对模具联接螺栓强度的影响。结果表明，模具联接螺栓的应力远远低于材料的强 度极限，但在固化过程中，模具联接螺栓经常会出现断裂现象。应用ANSYS／FE--SAFE软件，对螺栓进行 疲劳分析，计算了螺栓的使用寿命，揭示了模具联接螺栓断裂的根本原因。 关键词：螺栓；疲劳分析；ANSYS／FE—SAFE 中图分类号：TH131：TP391．9 文献标识码：A 0 引言 论应力集中系数，也就是ANSYS／FE—SAFE软件中 模压成形中，通常用螺栓联接上、下模具，这种 输入的表面参数。 联接形式的特点是螺栓对上、下模具施加了预紧力，在 1．2 ANSYS／FE—SAFE的累积损伤理论 模具和螺栓上形成了预应力。在中温或高温固化过程 疲劳损伤在没有形成明显的宏观可见裂纹前是一 中，这种预应力一直存在，并和温度应力共同作用于 个复杂的微观几何形态，包括微裂纹成核、生长、会 模具联接螺栓。这种复合应力随模具固化过程而呈现 聚等过程，这种过程的发展随外加疲劳载荷的作用也 出交变的特点，从而引起螺栓疲劳变形甚至拉断。由 不呈线性关系，特别在随机载荷作用下更是如此。为 于螺栓影响模具合模缝的大小，从而直接影响产品的 了描述疲劳损伤，工程上定义损伤增量z3D为： 外形及尺寸，因此，在生产过程中，要精确控制模具 △D一 (1一n) 联接螺栓的变形。 (1+Pf)Ⅳ^ 。 ANSYS／FE--SAFE是基于ANSYS软件的专用 其中：Ⅳ 为第i个载荷水平下的循环次数；D 为第i 疲劳分析模块，它的前、后处理器都依赖于ANSYS软 个载荷水平下的疲劳损伤；P 为循环中定义的相关系 件，它本身只是一个计算器。ANSYS／FE—SAFE模 数。P 可由下式确定： 块使用局部应力一应变法进行单轴和多轴疲劳分析， P —C( )。1。 同时可以使用多种平均应力修正方法，也可采用用户 其中： 为载荷循环中的最大应力； 为总应变；C 定义的平均应力修正口]。本文利用 ANSYS／FE— 和c 分别为常量系数和指数，在FE—SAFE疲劳分 SAFE模块很强的疲劳计算功能和材料适应性，对模 析模块中，可以通过Utility Menu~FEA Fatigue 具联接螺栓进行疲劳仿真分析# General FEA Options设置。 1 ANSYS／FE—SAFE分析理论和步骤 在实际工程中主要采用Miner法则，即简化损伤 1．1 ANSYS／FE—SAFE的应力应变计算 裂纹的发展和外加载荷的作用是线性的，称之为线性 通常疲劳损伤是由材料的塑性变形引起的，当应 累积损伤理论。那么总的疲劳损伤为： 力集中部位进入塑性状态时，应力应变关系为