ANSYS 模拟超弹性球压缩

ANSYS 模拟超弹性球压缩

采用Ogden 三对材料常数模型

分析橡胶球的压缩，球的直径40mm。将橡胶球压缩其直径的1/2。几乎不可压缩的Ogden。由二维轴对称PLANE182单元和刚-柔接触面组成的二维轴对称模型,该接触对考虑了板的厚度变化效应，接触对摩擦系数指定

为0.35。

1，选择结构分析类型，选择单元类型

Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete→Add

→Solid - 4 Node 182 →OK→Option→K3:Axisymmetric →Ad d →Contact →刚性接触单元2D Targe169(显

示TARGE169) →Apply →

Contact →柔性接触单元 2 nd surf 171 显示

(CONTA171) →OK →[Close]

提示: 单元类型 1 采用PLANE182 单元，因为这是一个体积变形问

题, 所以采用缺省公式, 即B-Bar 方法。采用几乎不可压缩超弹性材料属,所以不需要混合U-P 公式。

2. 定义材料参数--输入Ogden 模型参数

Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Mode

ls →Structural →Nonlinear →Elastic→Hyperelastic →O gden → 3 terms”→mu_1:6.3, a_1:1.3, mu_2:0.012, a_2:5.0, m u_3:-0.1, a_3:-2.0, d_1:2e-

4 →[OK] →New Material Model →Structural →Friction Coefficient →0.3

5 Exit

3.生成几何模型

生成特征点

Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create→Key points →In

Active CS →依次输入 2 个点的坐标：input:1(0,0.02,0),

2(0.03,0.02,0) →OK生成一条横线

Main Menu: Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Straight Line →连接 2 个特征点，1→2→OK

生成一个1/4 圆形面

Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create→Areas

→Circle→Part ial Annulus（WPX=0，WPY=0，Rad1=0.02,Theta=0，

Rad2=0,Theta=90）→OK

4.网格划分

Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Tool→Element Attribut e →Area→Material num:1 (PLANE182)→Smart size (选6) →Mesh: Area, Shape: Free, Quad →Mesh→拾取圆弧形

面→Close

注意：由于要生成线刚-柔接触对，表示模具的横线要指定属性。

Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Tool →Element Attrib ute →Line→拾取横直线→Material num:2 →单元类型：

TARGE169 →Apply →Element Attribute →Line→拾取拾取圆表面线

→单元类型：CONTAC171 →OK

5.生成线刚-柔接触对

由于橡胶球和模具在接触时是无过盈配合，橡胶球外表面和模具的表面之间将构成线-线接触对。在生成接触对的同时，ANSYS 程序将自动给接触对分配实常数号。

1）．打开接触管理器

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Contact Pair

2）．单击接触管理器中的工具条上的最上左边按钮，将弹出

Add Contact Pair 对话框。

3）．指定接触目标表面。模具看成是刚体,Target Surface：用默认的“Line”，在Target Type：选：Rigid w/Pilot，单

击Pick Target：弹出Select Line for Target 对话框，在图形输出窗口中单击那条横线，模具选定→OK→单击NEXT 进入下一

步→选Pick existing free keypoint →Pick Entity →选特征点 1 用作接触对的Pilot 点→OK →NEXT →将下一个画

面

4）．弹出选中接触面的对话框，单击Pick Contact：弹

出Select Line for Target 对话框，在图形输出窗口中单击球的外环面将其选定→OK →NEXT →对接触对属性进行设置。

5）．单击Material ID 下拉框中的“1”，指定接触材料属性为定义的一号材料。并在Coefficient Of Friction文本框中输入“0.35”，指定摩擦系数为0.35。单击按钮，来对接触问题的其它选项进行设置。

6）．打开对摩擦选项设置的选项卡Optional setting，在对话框中

的Normal Penalty Stiffness 的框中输入“0.1”，指定接触刚度的罚系数为0.1。在Friction 选项中的Stiffness matrix 下拉框中选：“Unsymmetric”选项，指定本实例的接触刚度为非对称矩阵。其余的设置保持缺省，单击Create 按钮关闭对话框，完成对接触选项的设置。