ANSYS接触实例分析参考

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1.实例描述

一个钢销插在一个钢块中的光滑销孔中。已知钢销的半径是0.5 units, 长是2.5 units,而钢块的宽是 4 Units, 长4 Units,高为1 Units,方块中的销孔半径为0.49 units,是一个通孔。钢块与钢销的弹性模量均为36e6,泊松比为0.3.

由于钢销的直径比销孔的直径要大,所以它们之间是过盈配合。现在要对该问题进行

两个载荷步的仿真。

(1)要得到过盈配合的应力。

(2)要求当把钢销从方块中拔出时,应力,接触压力及约束力。

2.问题分析

由于该问题关于两个坐标面对称,因此只需要取出四分之一进行分析即可。

进行该分析,需要两个载荷步:

第一个载荷步,过盈配合。求解没有附加位移约束的问题,钢销由于它的几何尺寸被

销孔所约束,由于有过盈配合,因而产生了应力。

第二个载荷步,拔出分析。往外拉动钢销 1.7 units,对于耦合节点上使用位移条件。

打开自动时间步长以保证求解收敛。在后处理中每10个载荷子步读一个结果。

本篇先谈第一个载荷步的计算。下篇再谈第二个载荷步的计算。

3.读入几何体

首先打开ANSYS APDL

然后读入已经做好的几何体。

从【工具菜单】-->【File】-->【Read Input From】打开导入文件对话框

找到ANSYS自带的文件(每个ansys都自带的)

\Program Files\Ansys Inc\V145\ANSYS\data\models\block.inp

【OK】后,四分之一几何模型被导入。

4.定义单元类型

只定义实体单元的类型SOLID185。至于接触单元,将在下面使用接触向导来定义。

5.定义材料属性

只有线弹性材料属性:弹性模量36E6和泊松比0.3

6.划分网格

打开MESH TOOL,先设定关键地方的网格划分份数

然后在MESH TOOL中设定对两个体均进行扫略划分,在volumeSweeping中选择pick all,

按下【Sweep】按钮,在主窗口中选择两个体,进行网格划分。则结果如下

然后创建接触单元。

从主菜单的下列地方点击contact pair,即创建接触对。

则弹出了接触管理器

点击上图中红色框内的按钮,它是接触向导。则弹出一个对话框如下

该对话框是接触向导帮助用户创建接触的第一步,它问我们,请问目标面是哪些?它

们是什么类型的接触面?点击上图中的【pick target】,就是说,我们即将在主窗口中用鼠标来选择目标面。

在本例子中,目标面就是销孔的四分之一孔面。因此用鼠标在图中选择该面

选中后,在接触向导中按下【Next】,则弹出下面的对话框

该对话框进一步要选择接触面,这里是钢销的四分之一圆柱面,同样,点击上图中的【pick contact】,然后在主窗口中选择该面如下

选中后,在接触向导中按下【Next】,则弹出下面的对话框,它要进一步设置该接触对的属性,请注意红色框内的选择。

这里,包含了初始的渗透,使用的是1号材料,摩擦系数是0.2,然后还要按下按钮【optional settings。。。】

在弹出来的接触属性设置中,首先在BASIC页中设置法向惩罚刚度因子为0.1,然后点击friction页,

在这里,设置刚度矩阵是非对称阵。然后点击【OK】,则关闭该接触属性设置对话框,又回到了前面的接触向导对话框。

在该对话框中,点击【Create】,则接触对被创立。弹出来一个对话框

其意义是说,该接触对已经创建好了,你如果想使用该接触对的话,那么请使用编号3的实常数集。

此时,如果再次打开单元类型对话框,会发现里面多了两种单元。

即:TARGE170是目标单元,它覆盖在销孔内表面;CONTA174是接触单元,它覆

盖在钢销外表面。

7.设置边界条件

首先,改变对象的查看方式,用面的方式来查看对象,从而方便设置边界条件。

然后,设置对称边界条件。从主菜单的下列地方找到设置边界条件的地方

其含义是,要对几个面设置对称边界条件。然后用鼠标在主窗口中选择以下几个面则对称边界条件被设置好,主窗口中显示如下

可见,在这几个面上到处都是S,S就是对称(Symmetry)的首字母,意味着这些面被设置为对称边界了。

然后还要固定钢块的一个面,从下列地方找到固定面的入口

然后在主窗口中找到该面

选择完毕后弹出一个对话框,它问,对于该面上的所有节点,你希望固定这些节点的

哪几个自由度呢?

这里选择ALL DOF,然后在下面的位移值中设置为0,就是说,该面上的所有节点,不要有任何位移。【ok】然后确认选择。如果我们变换一下视角如下

就会发现该面上有几个三角符号,意味着该面上的所有节点都已经被固定了。

8.进行求解设置

从下列菜单进入,选择SOL’N CONTROLS,即设置求解控制选项,这是进行求解设置的主要入口

在弹出的对话框中设置如下

意思是,打开大变形开关,关闭自动时间步长,并设置该载荷步结束时的时间是100,只有一个载荷子步。

然后进行求解。

9.后处理

进入后处理,查看Von Mises应力云图。从下图进入查看应力结果

在弹出的对话框中选择二查看Von Mises应力

【OK】后主窗口显示如下图

可见,在接触处应力最大,越往外层,应力越来越小。这与实际情况是一致的。

仍旧从这里进入,以查看接触处的情况

可以看到,红色框内提供一系列选项,查看接触状态,渗透情况,接触压力,摩擦应力,总应力,滑动距离,间隙距离等等。