基于 ANSYS 齿轮静态接触分析

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基于 ANSYS 齿轮静态接触分析

定义单元类型

在进行有限元分析时，首先就应该依据所分析问题的分析类型、几何结构和精度要求等选择恰当的单元类型。ANSYS 提供了很多种不同的单元类型用来适用于不同要求的分析，单元类型选择的恰当与否直接关系到之后的网格划分及求解的效果。实际工程中常用的三维实体单元有 solid45、solid95、solid185和 solid186四种，其中 solid45 和 solid185 为 8 节点六面体单元，而 solid95 和 solid186 单元是带有中间节点的高阶单元。在 ANSYS 分析中，高阶单元的计算结果相对于低阶单元的计算结果要精确，因此通常工程中划分网格都选用高阶单元，但是在接触分析中划分网格却习惯选用低阶单元，这是由于高阶单元通常会导致等效节点接触力在边中节点和角节点，同时高阶单元也要求计算机有较大的内存容量。因此本文选用具有 8 节点的六面体实体单元 solid45 号单元来划分实体。

定义材料属性

在 ANSYS 软件中进行有限元求解前需要先定义材料属性。定义的每一组材料特性拥有一个材料编号。一个分析中根据分析需要可能会定义一个或几个材料特性，ANSYS 可以通过材料编号来识别对应的材料特性。材料特性可以是各向同性、非线性、非弹性、线性或者正交异性、随温度变化或者不变化。本文中齿轮的材料选用 45 钢.

接触模型网格划分

齿轮接触分析对有限元计算结果的精度要求较高，而网格质量的高低直接影响计算结果的精确与否，因此，对模型合理的网格划分是非常重要的。有限元的数学理论研究表明，有限单元法的解可以通过无限度加密网格来达到逼近原介质的准确解，因此在全局范围内对网格进行细化，一定可以最大限度地降低误差，但是，如此产生的新未知量一定会超过仅需要满足给定容许误差阀值所必需的未知量数很多。所以，采用局部网格细化，是一种更加合理、更加可取的方法。

齿轮模型的接触区为高副接触，这对齿轮有限元模型接触部分网格密度提出了更高的要求，需要细密网格以得到满意的计算结果。齿轮的其他区域网格用于传递载荷和约束，不需要细密网格。本文将轮齿部分和轮体部分分别采用不同的方式划分网格。齿轮轮齿部分是齿轮接触分析的关键部分，设置较大的齿轮齿廓线网格划分数，采用映射网格划分方式得到较规则的网格；轮体部分采用自适应网格和映射网格两种划分方式，设置较大的单元长度，以得到数量较少且质量较好的网格。为划分网格后齿轮有限元模型，齿轮轮齿部分有规则且质量良好的网格，轮体网格较稀疏。

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