ANSYS经典界面下的接触分析实例解析

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。

本篇先谈第一个载荷步的计算。下篇再谈第二个载荷步的计算。

3．读入几何体

首先打开ANSYS APDL14.5.

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 Files\Ansys Inc\V145\ANSYS\data\models\block.inp

【OK】后四分之一几何模型被导入。

4．定义单元类型

只定义实体单元的类型SOLID185。至于接触单元，将在下面使用接触向导来定义。

5．定义材料属性

只有线弹性材料属性：弹性模量36E6和泊松比0.3

6．划分网格

打开MESH TOOL,先设定关键地方的网格划分份数

然后在MESH TOOL中设定对两个体均进行扫略划分

按下【Sweep】按钮，在主窗口中选择两个体，进行网格划分。则结果如下

然后创建接触单元。

从主菜单的下列地方点击 contact  pair，即创建接触对。

则弹出了接触管理器

点击上图中红色框内的按钮，它是接触向导。则弹出一个对话框如下

该对话框是接触向导帮助用户创建接触的第一步，它问我们，请问目标面是哪些？它们是什么类型的接触面？点击上图中的【pick target】，就是说，我们即将在主窗口中用鼠标来选择目标面。

在本例子中，目标面就是销孔的四分之一孔面。因此用鼠标在图中选择该面

选中后，在接触向导中按下【Next】，则弹出下面的对话框

该对话框进一步要选择接触面，这里是钢销的四分之一圆柱面，同样，点击上图中的【pick contact】，然后在主窗口中选择该面如下

选中后，在接触向导中按下【Next】，则弹出下面的对话框，它要进一步设置该接触对的属性，请注意红色框内的选择。

这里，包含了初始的渗透，使用的是1号材料，摩擦系数是0.2，然后还要按下按钮【optional settings。。。】

在弹出来的接触属性设置中，首先在BASIC页中设置法向惩罚刚度因子为0.1,然后点击friction页，

在这里，设置刚度矩阵是非对称阵。然后点击【OK】，则关闭该接触属性设置对话框，又回到了前面的接触向导对话框。

在该对话框中，点击【Create】,则接触对被创立。弹出来一个对话框

其意义是说，该接触对已经创建好了，你如果想使用该接触对的话，那么请使用编号3的实常数集。

此时，如果再次打开单元类型对话框，会发现里面多了两种单元。

即：TARGE170是目标单元，它覆盖在销孔内表面；CONTA174是接触单元，它覆盖在钢销外表面。

7．设置边界条件

首先，改变对象的查看方式，用面的方式来查看对象，从而方便设置边界条件。

然后，设置对称边界条件。从主菜单的下列地方找到设置边界条件的地方

其含义是，要对几个面设置对称边界条件。然后用鼠标在主窗口中选择以下几个面

则对称边界条件被设置好，主窗口中显示如下

可见，在这几个面上到处都是S，S就是对称（Symmetry）的首字母，意味着这些面被设置为对称边界了。

然后还要固定钢块的一个面，从下列地方找到固定面的入口

然后在主窗口中找到该面

选择完毕后弹出一个对话框，它问，对于该面上的所有节点，你希望固定这些节点的哪几个自由度呢？

这里选择ALL DOF，然后在下面的位移值中设置为0，就是说，该面上的所有节点，不要有任何位移。【ok】然后确认选择。如果我们变换一下视角如下

就会发现该面上有几个三角符号，意味着该面上的所有节点都已经被固定了。

8．进行求解设置

从下列菜单进入，选择SOL’N CONTROLS，即设置求解控制选项，这是进行求解设置的主要入口

在弹出的对话框中设置如下

意思是，打开大变形开关，关闭自动时间步长，并设置该载荷步结束时的时间是100，只有一个载荷子步。

然后进行求解。

9．后处理

进入后处理，查看Von Mises应力云图。从下图进入查看应力结果

在弹出的对话框中选择二查看Von Mises应力

【OK】后主窗口显示如下图

可见，在接触处应力最大，越往外层，应力越来越小。这与实际情况是一致的。

仍旧从这里进入，以查看接触处的情况

可以看到，红色框内提供一系列选项，查看接触状态，渗透情况，接触压力，摩擦应力，总应力，滑动距离，间隙距离等等。

下面是接触处的渗透图

可见，最大渗透量是0.003226.

下图是接触压力

最后，存盘为file.db。下一篇会接着恢复该数据库，做下一个拔出分析。

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