陶瓷套管的接触分析

实例——陶瓷套管的接触分析

1.1问题描述：

如图1-1所示，销控比插销孔稍稍大一点，这样它们之间由于接触就会产生应力应变。由于对称性，我们采用整个模型的四分之一进行建模分析，并分成两个载荷步来求解。第一载荷步是观察插销接触面的应力，第二载荷步是观察插销拔出过程的应力、接触压力和反力等。

材料性质如下：

弹性模量：EX=30E6

泊松比：NUXY=0.25

接触摩擦系数：f=0.2

几何尺寸：

圆柱套管：R1=0.5，H1=3；套筒：R2=1.5，H2=2;套筒孔：R3=0.45，H3=2。

1-1圆柱套筒示意图

1-2 GUI方式：

步骤1：建立有限元模型并划分网格

（1）设置分析标题：选取菜单路径Utility Menu | File | Change Title，在输入

栏中输入 Contact Analysis，单击OK按钮，完成对标题名的指定。

(2)定义单元类型: 选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型)对话框,如图1-2所示，单击Add 按钮，将弹出如图1-3所示的Library of Element Types (单元类型库)对话框,

图1-2 Element Types对话框

单击Structural Solid，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。然后，在靠近右边的列表中，单击Brick 8node 185，选定单元类型Solid185，单击OK按钮，然后单击Element Types对话框的Close按钮，关闭Library of Element Types 对话框。

图1-3 Library of Element Types对话框

(3)定义材料性质: 选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹出1-4所示的Define Material Model Behavior (材料模型定义)对话框。

图1-4 Define Material Model Behavior对话框

在对话框的右边选项框中，依次双击Structural | | Linear | | Elastic | | Isotropic，将弹出1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框，如图1-5所示。

图1-5 Linear Isotropic Propertities for Material对话框在线性各向同性材料属性对话框中的EX (弹性模量)文本框中输入“30E6”，PRXY (泊松比)文本框中输入0.25。单击对话框中的OK按钮关闭对话框。在对话框选取路径Material | Exit关闭对话框，完成对材料模型的定义。

(4)生成圆柱：选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |

Volumes | Cylinder | By Dimesions，弹出如图1-6所示的Create Cylinder by Dimensions对话框,在Rad1 Outer radius后面输入1.5，在Z1,Z2 Z-coordinates后面输入2.5,4.5，单击OK按钮。

图1-6 Creat Cylinder by Dimensions 对话框（5）调整所建实体的视图。选择菜单路径Utility Menu | PlotCtrls | Pan Zoom Rotate，打开Pan-Zoom -Rotate (平移－缩放－旋转)对话框，如图1-7所示，单击ISO按钮，再单击Close将其关闭。结果显示如图1-8所示。

图1-7Pan-Zoom –Rotate 图1-8实体模块显示

工具条

（6）生成圆柱孔：选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Cylinder | By Dimesions，弹出如图1-6所示的Creat Cylinder by Dimensions 对话框，在RAD1 Outer radius后面输入0.45，在Z1,Z2

Z-coordinates后面输入2.5,4.5，单击OK按钮。

（7）体相减操作：选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Substract |Volum，弹出一个拾取框，在图形上拾取大圆柱体，单击OK 按钮，又弹出一个拾取框，在图形上拾取小圆柱体，单击OK按钮，结果显示如图1-9所示。

（8）生成圆柱套管：选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Cylinder | By Dimesions，弹出如图1-6所示的Creat Cylinder by Dimensions 对话框，在RAD1 Outer radius后面输入0.5，在Z1,Z2 Z-coordinates后面输入2.0和5，单击OK按钮。

（9）打开体编号显示：Utility Memu|PlotCtrls|Numbering,弹出Plot Numbering Controls对话框，在VOLU Volume numbers 后面单击使其显示为On，如图1-10所示，单击OK按钮。

图1-9布尔相减之后的模型图图1-10 Plot Numbering Controls对话框

（10）重新显示：Utility Memu|Plot|Replot,结果显示如图1-11所示。

（11）显示工作平面：Utility Memu|WorkPlane|Display Working Plane。

（12）设置工作平面：Utility Memu|WorkPlane|WP Settings,弹出WP Settings 工具条，如图1-12所示，单击选中Grid and Triad，单击OK按钮。

（13）移动工作平面：Utility Memu|WorkPlane|Offset WP by Increments,弹出Offset WP工具条，如图1-13所示，用鼠标拖动小滑块到最右端，滑块上方显

示为90，然后单击按钮，单击OK按钮。