ANSYS接触分析实例：压头与压痕的深度探索

本例是模拟一个压头挤压工件，在工件表面生成压痕的问题。

压头为圆锥体，头部是一个半径 0.25 的近似半球，高 10，大端半径 2.5.其材料是合金钢，材料性能：

弹性模量 E = 210000 Mpa；  泊松比 μ = 0.3。

工件为一个半径 5，高度 20 的圆柱体，材料为铝合金，材料性能为：

弹性模量 E = 71000 Mpa；  泊松比 μ = 0.33。

_{屈服应力 σs = 240 Mpa；  切线模量： Et = 710 MPa}

建模时，在压头的圆锥头外表面与工件上表面之间创建面-面接触对，分别采用柔性目标面和刚性目标面两种接触方式进行分析。

建模过程如下：

定义两种单元类型：

1)    SOLID185 单元，用于对体积划分网格；

2)    Mesh200 单元，设置单元形状为 4 节点四边形：                                    

对圆锥体划分网格时，准备先对一个截面划分面网格，然后扫描为体网格，为此需要定义 Mesh200 定义，用于面网格的划分。形状 MESH200 单元形状为 4 节点四边形，是为了与 8 节点实体单元SOLID185 的表面网格相匹配。

2 定义两种材料，其中铝合金定义为双线性弹塑性材料：

其中：

材料 1 为合金钢：

弹性模量 E = 210000 MPa， 泊松比 ν = 0.3；

材料 2 为铝合金。

弹性模量E = 71000 MPa，  泊松比ν = 0.33；

切线模量 E_切 = 710 MPa，屈服应力 σ_s = 240 MPa。

3  几何建模

先创建一个圆柱体：半径 5，高度 20：                                    
生成圆柱体如下：

为了方便后面划分 MAP 网格，这里再创建一个立方体：端面为正方形，边长2.5*2，高度 20：                  

所生成的长方体，位于圆柱体之内：

对长方体和圆柱体进行 Overlap 操作，以便去掉多余的体积：

操作结果如下，其中：圆柱体内部的长方体已经和创建的长方体合并为一个体，其余为另一个体 - 中间挖去一个长方体的圆柱：

再将模型分别在水平和竖直方向各切分为两部分。先显示工作平面及打开工作平面工具对话框：              

在工作平面工具对话框中，将 Degrees 上边的滚动条向右拉到 90 (度)，再点击绕 +x 轴旋转的按钮：

图中，工作平面旋转后，WX-Wy 平面成为水平的。使用工作平面对所有体积进行切割：

切割后：                                          

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