基于Ansys Workbench的圆柱销接触分析

前面一篇基于Anｓys经典界面得接触分析例子做完以后,不少朋友希望了解该例子在Wｏrkbencｈ中就是如何完成得。我做了一下，与大家共享,不一定正确。毕竟这种东西,教科书上也没有,我只就是按照自己得理解在做,有错误得地方,恳请指正。

1．问题描述

一个钢销插在一个钢块中得光滑销孔中。已知钢销得半径就是０、5 ｕｎits, 长就是２、５ｕnitｓ,而钢块得宽就是4 Units，长4 Ｕnits,高为１Units,方块中得销孔半径为0、４９uｎｉtｓ,就是一个通孔。钢块与钢销得弹性模量均为3６e６，泊松比为0、3、由于钢销得直径比销孔得直径要大,所以它们之间就是过盈配合。现在要对该问题进行两个载荷步得仿真。

(1)要得到过盈配合得应力。

(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得问题,钢销由于它得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。

本篇只谈第一个载荷步得计算。

3．生成几何体

上述问题就是ＡＮSYS自带得一个例子。对于几何体,它已经编制了生成几何体得命令流文件。所以,我们首先用经典界面打开该命令流文件，运行之以生成四分之一几何体;然后导出为一个IGS文件,再退出经典界面,接着再到WORKＢＥＮＣH中，打开该IGS文件进行操作。

(3、1)首先打开ＡNSYＳAPＤL1４、5、

(３、2）然后读入已经做好得几何体。从【工具菜单】-->【＞【Ｒead Iｎｐut Frｏm】打开导入文件对话框

找到ANSYS自带得文件

\Ｐrogram Files\AnｓyｓInｃ\V145＼ＡＮSYS\data\models＼bloｃk、ｉnp 【ＯK】后四分之一几何模型被导入，结果如下图

(3、3)导出几何模型

从【工具菜单】】-－>【＞【Exｐoｒt】打开导出文件对话框,在该对话框中设置如下

即把数据库中得几何体导出为一个bloｃk、igｓ文件。【OK】以后该文件被导出。

(3、4）退出ANＳYS APＤL14、5、

选择【ＯＫ】退出经典界面。

4.打开Aｎsys WｏrkBｅnch,并新建一个静力学分析系统。

结果如下图

导入几何体模型。在Geｏmeｔｒy单元格中,选择Impｏｒt Geometry －-＞Bｒows ｅ,如下图

找到上一步所生成得bｌocｋ、ｉgs文件。则该静力学系统示意图更新如下。可见,几何单元格后面已经打勾,说明文件已经关联。

5.浏览几何模型

双击Ｇeoｍetrｙ单元格,打开几何体。在弹出得长度单位对话框内,选择米（Meteｒ)得单位。

然后按下工具栏中得Generaｔe按钮如下图

则主窗口中模型如下图

可见,长方形得变长就是2ｍ,这与题目中给定得大小就是一致得。

然后退出DesignModeｌer，则又重新回到WｏrkBenｃh界面中。6．定义材料属性

双击Engiｎeering Daｔａ,则默认材料就是钢材。这里直接修改该钢材得属性即可。只有线弹性材料属性：弹性模量36Ｅ６与泊松比０、３

然后在工具栏中选择“Reｔｕrn TｏProjecｔ”以返回到WｏｒkBench界面中。

7.创建接触

在主窗口中分别选择目标面，接触面如下

然后对该接触得细节面板设置如下

其中，

（１)说明接触类型就是带摩擦得接触,摩擦系数就是0、2,就是非对称接触

(2)指明法向接触面得刚度因子就是0、１、

8．划分网格

双击Modｅl单元格进入到Mechanical中。在meｓh下面插入一个meｔｈｏd,并设置该方法为Swｅep method、在其细节视图中选择Ｇeomeｔry为两个物体。则ANS ＹS会对这两个物体按照扫描方式划分网格。

在Meｓh下面再插入一个尺寸控制,用于控制钢销得两个直角边为３等分。

在Meｓｈ下面再插入另外一个尺寸控制,用于控制钢销得1个圆弧边为4等分。

按下Gｅｎeｒaｔｅ后,则生成得有限元模型如下图。

９.设置边界条件

设置四个面为对称边界条件

然后还要固定钢块得一个面

此时模型树得结构如下图

1０.进行求解设置

进行分析设置

其中,(１)意味着只有一个载荷步，该载荷步也只有一个载荷子步,关闭了自动时间步长，该载荷步结束得时间就是1０0、

(2)得意思就是打开大变形开关。

11.求解

在右键菜单中选择Sｏlｖe进行计算。

１2.后处理

查瞧总体得米塞斯应力如下图

可见，最大得应力就是０、4６Ｍpa左右,而在经典界面中得到得最大米塞斯应力就是0、２9Ｍpa。这主要应该就是由于两边得网格划分不一致所导致得。

查瞧接触处得状态(只考察接触面）

下面就是接触处得渗透图

可见,最大渗透量就是4、78ｍm,这与经典界面中得同样有区别。下图就是接触压力

大致为0、２6Mｐa，同样比经典界面要大。

可见，这里给出得各个应力都要比经典界面大,但就是都在一个量级上,一般来说，这应该就是网格划分不相同得结果。如果进一步细分网格,无论经典界面还就是Wｏrkbench均应该收敛到同一个值。