基于Ansys-Workbench的圆柱销接触分析.doc

. 前面一篇基于Ansys经典界面的接触分析例子做完以后，不少朋友希望了解该例子在Workbench中是如何完成的。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，我只是按照自己的理解在做，有错误的地方，恳请指正。1问题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。本篇只谈第一个载荷步的计算。3生成几何体上述问题是ANSYS自带的一个例子。对于几何体，它已经编制了生成几何体的命令流文件。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ANSYS APDL14.5.（3.2）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Program FilesAnsys IncV145ANSYSdatamodelsblock.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】-【File】-【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的几何体导出为一个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 -Browse，如下图找到上一步所生成的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。在弹出的长度单位对话框内，选择米（Meter）的单位。然后按下工具栏中的Generate按钮如下图则主窗口中模型如下图可见，长方形的变长是2m，这与题目中给定的大小是一致的。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，则默认材料是钢材。这里直接修改该钢材的属性即可。只有线弹性材料属性：弹性模量36E6和泊松比0.3然后在工具栏中选择“Return To Project”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的细节面板设置如下其中，（1）说明接触类型是带摩擦的接触，摩擦系数是0.2，是非对称接触（2）指明法向接触面的刚度因子是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ANSYS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，用于控制钢销的两个直角边为3等分。在Mesh下面再插入另外一个尺寸控制，用于控制钢销的1个圆弧边为4等分。按下Generate 后，则生成的有限元模型如下图。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的一个面此时模型树的结构如下图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，该载荷步结束的时间是100.（2）的意思是打开大变形开关。11求解在右键菜单中选择Solve进行计算。12后处理查看总体的米塞斯应力如下图可见，最大的应力是0.46Mpa左右，而在经典界面中得到的最大米塞斯应力是0.29Mpa。这主要应该是由于两边的网格划分不一致所导致的。查看接触处的状态（只考察接触面）下面是接触处的渗透图可见，最大渗透量是4.78mm，这与经典界面中的同样有区别。下图是接触压力大致为0.26Mpa，同样比经典界面要大。可见，这里给出的各个应力都要比经典界面大，但是都在一个量级上，一般来说，这应该是网格划分不相同的结果。如果进一步细分网格，无论经典界面还是Workbench均应该收敛到同一个值。14 / 14