基于Ansys Workbench的圓柱銷接觸分析

前面一篇基于Ansys經(jīng)典界面的接觸分析例子做完以后，不少朋友希望了解該例子在Workbench中是如何完成的。我做了一下,與大家共享，不一定正確。畢竟這種東西,教科書上也沒有，我只是按照自己的理解在做，有錯誤的地方，懇請指正。 1問題描述一個鋼銷插在一個鋼塊中的光滑銷孔中.已知鋼銷的半徑是0。5 units, 長是2。5 units,而鋼塊的寬是4 Units, 長4 Units,高為1 Units，方塊中的銷孔半徑為0.49 units,是一個通孔。鋼塊與鋼銷的彈性模量均為36e6,泊松比為0。3。由于鋼銷的直徑比銷孔的直徑要大,所以它們之間是過盈配合。現(xiàn)在要對該問題進(jìn)行兩個載荷步的仿真。（1）要得到過盈配合的應(yīng)力。（2）要求當(dāng)把鋼銷從方塊中拔出時，應(yīng)力,接觸壓力及約束力。2問題分析由于該問題關(guān)于兩個坐標(biāo)面對稱，因此只需要取出四分之一進(jìn)行分析即可。進(jìn)行該分析，需要兩個載荷步：第一個載荷步，過盈配合。求解沒有附加位移約束的問題，鋼銷由于它的幾何尺寸被銷孔所約束，由于有過盈配合，因而產(chǎn)生了應(yīng)力.第二個載荷步,拔出分析。往外拉動鋼銷1。7 units，對于耦合節(jié)點上使用位移條件。打開自動時間步長以保證求解收斂。在后處理中每10個載荷子步讀一個結(jié)果。本篇只談第一個載荷步的計算。3生成幾何體上述問題是ANSYS自帶的一個例子。對于幾何體，它已經(jīng)編制了生成幾何體的命令流文件.所以，我們首先用經(jīng)典界面打開該命令流文件，運行之以生成四分之一幾何體；然后導(dǎo)出為一個IGS文件，再退出經(jīng)典界面，接著再到WORKBENCH中，打開該IGS文件進(jìn)行操作。（3.1）首先打開ANSYS APDL14.5。（3.2)然后讀入已經(jīng)做好的幾何體。從【工具菜單】->【File】->【Read Input From】打開導(dǎo)入文件對話框找到ANSYS自帶的文件Program FilesAnsys IncV145ANSYSdatamodelsblock.inp【OK】后四分之一幾何模型被導(dǎo)入，結(jié)果如下圖（3.3)導(dǎo)出幾何模型從【工具菜單】>【File】->【Export】打開導(dǎo)出文件對話框,在該對話框中設(shè)置如下即把數(shù)據(jù)庫中的幾何體導(dǎo)出為一個block.igs文件。【OK】以后該文件被導(dǎo)出。（3。4）退出ANSYS APDL14.5.選擇【OK】退出經(jīng)典界面.4打開Ansys WorkBench，并新建一個靜力學(xué)分析系統(tǒng).結(jié)果如下圖導(dǎo)入幾何體模型。在Geometry單元格中，選擇Import Geometry -Browse，如下圖找到上一步所生成的block。igs文件。則該靜力學(xué)系統(tǒng)示意圖更新如下?？梢?，幾何單元格后面已經(jīng)打勾，說明文件已經(jīng)關(guān)聯(lián)。5瀏覽幾何模型雙擊Geometry單元格，打開幾何體。在彈出的長度單位對話框內(nèi)，選擇米（Meter）的單位。然后按下工具欄中的Generate按鈕如下圖則主窗口中模型如下圖可見，長方形的變長是2m，這與題目中給定的大小是一致的.然后退出DesignModeler，則又重新回到WorkBench界面中。6定義材料屬性雙擊Engineering Data,則默認(rèn)材料是鋼材。這里直接修改該鋼材的屬性即可。只有線彈性材料屬性：彈性模量36E6和泊松比0.3然后在工具欄中選擇“Return To Project”以返回到WorkBench界面中。7創(chuàng)建接觸在主窗口中分別選擇目標(biāo)面，接觸面如下 然后對該接觸的細(xì)節(jié)面板設(shè)置如下其中,（1）說明接觸類型是帶摩擦的接觸，摩擦系數(shù)是0。2，是非對稱接觸（2)指明法向接觸面的剛度因子是0.1。8劃分網(wǎng)格雙擊Model單元格進(jìn)入到Mechanical中。在mesh下面插入一個method，并設(shè)置該方法為Sweep method。在其細(xì)節(jié)視圖中選擇Geometry為兩個物體。則ANSYS會對這兩個物體按照掃描方式劃分網(wǎng)格。在Mesh下面再插入一個尺寸控制,用于控制鋼銷的兩個直角邊為3等分。在Mesh下面再插入另外一個尺寸控制，用于控制鋼銷的1個圓弧邊為4等分.按下Generate 后,則生成的有限元模型如下圖。9設(shè)置邊界條件設(shè)置四個面為對稱邊界條件然后還要固定鋼塊的一個面此時模型樹的結(jié)構(gòu)如下圖10進(jìn)行求解設(shè)置進(jìn)行分析設(shè)置其中，(1)意味著只有一個載荷步，該載荷步也只有一個載荷子步，關(guān)閉了自動時間步長，該載荷步結(jié)束的時間是100。（2）的意思是打開大變形開關(guān)。11求解在右鍵菜單中選擇Solve進(jìn)行計算。12后處理查看總體的米塞斯應(yīng)力如下圖可見，最大的應(yīng)力是0.46Mpa左右，而在經(jīng)典界面中得到的最大米塞斯應(yīng)力是0。29Mpa。這主要應(yīng)該是由于兩邊的網(wǎng)格劃分不一致所導(dǎo)致的。查看接觸處的狀態(tài)(只考察接觸面)下面是接觸處的滲透圖可見，最大滲透量是4.78mm，這與經(jīng)典界面中的同樣有區(qū)別。下圖是接觸壓力大致為0。26Mpa，同樣比經(jīng)典界面要大.可見,這里給出的各個應(yīng)力都要比經(jīng)典界面大，但是都在一個量級上，一般來說,這應(yīng)該是網(wǎng)格劃分不相同的結(jié)果。如果進(jìn)一步細(xì)分網(wǎng)格,無論經(jīng)典界面還是Workbench均應(yīng)該收斂到同一個值。