有限元原理及应用 课程设计

有限元课程大作业

一、问题描述

销和销孔接触问题，插销半径r=0.25cm，长度L=2.5cm,插座宽度W=4cm，高度H=4cm，厚度t=1cm，插孔半径r=0.49cm，插销和插座材料弹性模量E=3.6*107N/cm2，泊松比＝0.3。计算插销拨拉过程中插销和插座体内的应力分布以及接触压力大小。

二、简化模型

由于插孔的半径比插销的半径要小，所以在插销装配到插座时插销和插座内都会产生装配预应力。要分析拨拉过程的应力分析，首先要得到预应力的分布。由于装配体结构的对称性，我们可以取模型的四分之一来进行分析，并分成两个载荷步来求解。第一个载荷步时观察擦汗小接触面的应力，第二个载荷步时观察插销拨拉过程中的应力，接触压力和反力等。

三、建立有限元模型

１．实体建模

首先生成插座：执行直接生成块命令，输入相关参数生成插座立方体；

生成圆柱体：执行直接生成圆柱体命令，输入参数生成圆柱体；

生成插孔：执行布尔操作，用生成的插座立方体挖去圆柱体，生成插孔；

生成插销：执行直接生成圆柱体命令，输入参数生成圆柱体；

完成建模的几何模型见图1。

切分掉模型1/4：通过设置工作平面，来切分模型；

切分以后的几何模型见图2。

图1

图2

２．划分网格

定义单元类型：选择创建“Structural Solid”和“Brick8node185”两种单元类型；

定义材料（弹性模量，泊松比）：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic ；

网格密度设置：插销单元和插销座单元网格密度分别设置；

设置单元形状和网格划分方法，划分网格后模型见图3。

图3

四、加载和求解

１．建立接触单元

设置插销孔的接触面为第一个接触面，圆柱插销的接触面为第二个接触面，设置面面接触，生成接触面。

２．定义位移约束

施加对称位移约束：在插座和插座销被切分出来的四个面上施加

对称位移约束；

施加面约束：插座左侧面添加面约束，固定该面所有自由度。3．对第一个载荷步求解

设置求解选项，求解插销和插销座的装配预应力。

4．对第二个载荷步求解

设置求解选项，求解插销和插销座拨拉过程。

五、后处理

１．设置扩展模式

调用扩展模式，扩展后的模型见图4。

图4

２．装配预应力

读入第一个载荷步的计算结果；

绘制装配应力图见图5，扩展后的应力图见图6。

图5

读入某时刻计算结果，绘制接触面压力云图，见图7。

图7

３．拨拉过程

读入第二个载荷步的计算结果，选择所有模型，绘制插销拨出时

的应力云图，见图8。

图8