ANSYS三維面面接觸分析實例

1、第20章接觸分析實例在這個實例中，將對一個盤軸緊配介結(jié)構(gòu)進(jìn)行接觸分析。第一個載荷步分析軸和盤在 過盈配介時的應(yīng)力，第二個載荷步分析將該軸從盤心拔出時軸和盤的接觸應(yīng)力情況。20.1問題描述:在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中通常會遇到軸與軸承、軸與齒輪、軸與盤連接的問題，根據(jù)各h的不同 借況可能有不同的連接形式。但大多數(shù)連接形式中存在過盈配合，也就是涉及到接觸問題 的分析。這電我們以某轉(zhuǎn)子中軸和盤的連接為例，分析軸和盤的配合應(yīng)力以及將軸從盤中 拔處時盤軸連接處的應(yīng)力情況。本實例的軸為一等氏徑空心軸，盤為等厚度圓盤，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖20.1所示。由于 模型和載荷都是軸對稱的，可以用軸對稱方法進(jìn)行分析。這電為J"

2、;后處理時觀察結(jié)果更 觀，我們采用整個模型的四分之一進(jìn)行建模分析，最后將其進(jìn)行擴(kuò)展，來觀察整個結(jié)構(gòu)的 變形及應(yīng)力分布、變化情況。盤和軸用同一種材料，其性質(zhì)如下：彈性模最：EX=2.1E5泊松比：NUXY=0.3接觸摩擦系數(shù)：MU=0.2r=i»8CMiin n rrW 2乞r15020.1盤軸結(jié)構(gòu)圖20.2建立有限元模型在ANSYS6.1中，首先我們通過完成如下工作來建立本實例的有限元模型，需耍完成 的工作有：指定分析標(biāo)題，定義單元類型，定義材料性能，建立結(jié)構(gòu)兒何模型、進(jìn)行網(wǎng)格 劃分等。根據(jù)木實例的結(jié)構(gòu)特點，我們將首先建立代表盤和軸的兩個1/4圓環(huán)而，然后對 其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限

3、元模型。20.2.1設(shè)置分析標(biāo)題本實例為進(jìn)行如圖20.1所示的盤軸結(jié)構(gòu)的接觸分析，屈非線性結(jié)構(gòu)分析范疇。跟詢 面實例一樣，為J"在后面進(jìn)行菜單方式操作時的方便，需要在開始分析時就指泄本實例分 析范疇為“ Stmcnual °。本實例的標(biāo)題川以命名為：“ Analysis of a Axis Contacting a hole in a Disc",具體的操作過程如下：1 選取菜單路徑 Utility Menu | File | Change Jobname,將彈出 Change Jobname （修改文 件名）對話框,如圖20.2所示。在Enter new job

4、name （輸入新文件名）文本框中輸入文字 “CH20”，為本分析實例的數(shù)據(jù)庫文件名。并單擊New log and error files （新的11志和錯誤 文件）單選框，使其變?yōu)椤癥es”，為本實例的分析過程創(chuàng)建新的II志。單擊|按鈕關(guān) 閉對話框，完成文件名的修改。圖20.2修改文件名對話框2. 選取菜單路徑Utility Menu | File | Change Title,將彈出Change Title （修改標(biāo)題）對話 框，如圖20.3所示。ii. Enter new title （輸入新標(biāo)題戊本框中輸入文字u Analysis of a Axis Contactmg a hole

5、m a Disc",為本分析實例的標(biāo)題名。單擊_按鈕，完成對標(biāo)題乞的 指定。圖20.3修改標(biāo)題對話框3. 選取菜單路徑 Utility Menu | Plot Replot,指定的標(biāo)題 “ Analysis of a Axis Contactmg a hole in a Disc"將顯示在圖形窗口的左下角（圖略）。4. 選収菜單路徑 Main Menu Pieference,將彈 11 Piefeience of GUI Filtering （菜單過濾 參數(shù)選擇）對話框。單擊Sunctualt結(jié)構(gòu)）選項使之被選屮，以將菜單設(shè)置為與結(jié)構(gòu)分析相關(guān) 的選項。單擊OK I按機(jī)關(guān)閉，

6、完成分析范疇的指定。20.2.2定義單元類型本實例分析的問題中涉及到大變形，故選用Solid 185單元類型來建立本實例的模型。 本接觸問題屬丁而而接觸，目標(biāo)而和接觸而都是柔性的，將使用接觸單元TARGE 170和 CONTA174來模擬接觸而。接觸卩元在分析過程中使用接觸向?qū)r可以門動添加，這里就 不再添加。下面為定義單元類型的具體操作過程。1. 選取菜單路徑 Main Menu | Prepiocessoi | Element Type | Add/Edit/Delete,將彈出 Element Types （單元類型）對話框。單擊對話框中的上一I按鈕，將彈出Libiaiy of Elem

7、ent Types （單元類型庫）對話框，如圖20.4所示。圖20.4單元類型庫對話框2. 在單元類型庫對話框中，靠近左邊的列表中，單擊“Sgctuml Solid” 一次，使其 髙亮度顯示，指定添加的單元類型為結(jié)構(gòu)實體單元。然后，在靠近右邊的列表中，單擊"Buck 8nodel85” 一次，選定單元類型Solid 185為第一類單元。單擊對話框中的 養(yǎng)I按鈕,關(guān) 閉Library of Element Tvpes對話框。然后，Element Tvpes （單元類熨）對話框會重新顯示， 且在對話框中的單元列表框中列出了定義的單元類型1： Solid 185,如圖20.5所示。20.5

8、定義的單元類羽3單擊Element Types （單元類型定義）對話框中的亠lJ按鈕，關(guān)閉對話枇，完成單元 類型的定義。20.2.3定義材料特性本實例中盤軸使用同一種材料類型，所以只需定義一種材料就可以了。下而是具體的 操作過程。1. 選取菜單路徑 Maui Menu Piepiocessoi | Material Props | Material Models,將彈出 Define Material Model Beliavioi （材料模型定義）對話框，如圖20.6所示。圖20.6材料模型定義對話框2. 在對話框的右邊選項框中，依次雙擊Stmctxiial | | Linear | | E

9、lastic | | Isotropic,將彈 出1號材料的彈性模暈EX和泊松比PRXY的定義對話框，如圖20.7所示。圖20.7線性各向同性材料定義對話框3. 在線性各向同性材料屬性對話框中的EX（彈性模帚）文本框中輸入“2.1E5”，PRXY （泊松比）文本框中輸入0.3。單擊對話框中的!U按鈕關(guān)閉對話框。在Define Material Model Behavior （材料模型定義）對話框的左邊列表框中將列出定 義的材料1的屬性。在對話框選取路徑Material | Exit關(guān)閉對話框，完成對材料模型的定義。20.2.4建立幾何模型并分網(wǎng)下面來建立本實例的軸對稱兒何模型，并進(jìn)行合理的分網(wǎng)

10、。本實例的軸對稱模型比較 簡單，可以用多種途徑很方便地建立。前面我們講過對丁這種旋轉(zhuǎn)體兒何模型可以先建立 一個形而并對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后將這個形而繞其對稱軸旋轉(zhuǎn)需要的角度而得到；也可 以M接建立圓環(huán)，再對其進(jìn)行實體網(wǎng)格劃分而得到整個模型的網(wǎng)格。這吐我們采用后而一 種方法，具體操作過程如下。1. 創(chuàng)建四分Z圓盤。選擇菜單路徑 Main Menu | Piepiocessor | Modeling | Create | Volumes Cylindei | Paitial Cvlmder 命令，將打開 Paitial Cyclinde （i 創(chuàng)建部分圓環(huán)）對話框， 如圖20.8所示。圖20.8創(chuàng)

11、建部分圓環(huán)對話框2在創(chuàng)建部分圓環(huán)對話框中的輸入圓心坐標(biāo)為：WPX=0、WPY=0,內(nèi)徑Rad-1 = 34,起始角度為Theta-1=0,外徑為Rad-2 = 100,結(jié)束角度為Theta-2 = 90,圓盤厚度為 Depth=25,如圖20.8所示。單擊吸按曲設(shè)置的值建立圓盤模型，在ANSYS圖形顯示 對話框中將會顯示剛創(chuàng)建圓盤（圖略）。3. 創(chuàng)建代表軸的圓環(huán)。接著，在創(chuàng)建部分圓環(huán)對話框中輸入相應(yīng)的值來建立代表四分 之一軸的圓環(huán)。輸入的值為：WPX=0、WP Y=0,內(nèi)徑Rad-1=25,起始角盛為Theta-1 =0,外徑為Rad-2 = 35,結(jié)束角度為Theta-2=90,圓盤厚度為D

12、eptli=150o然后單擊對 話中的|按鈕關(guān)閉對話框。在ANSYS圖形顯示對話框中將會顯示剛創(chuàng)建圓盤。4. 調(diào)整所建實體的視圖。選擇菜單路徑Utility Menu | PlotCtils Pan Zoom Rotate,打 開Pan-Zoom -Rotate （'K移一縮放一旋轉(zhuǎn)）對話框，并單擊對話框右上角的叵按鈕，將建立 的模熨調(diào)到比較介適的位置。調(diào)整后的兩個圓環(huán)兒何體如圖20.9所示。讀者可以單擊對話 框下部的動態(tài)顯示選擇框，然后通過鼠標(biāo)右鍵來調(diào)整視圖位置。5. 將関環(huán)2（軸）移動到合適的位皆鳥選擇菜單路徑Main Menu Piepiocessor | Modelmg | M

13、ove / Modify | Volumes,將彈出Move Volume （移動體）拾取對話框，在圖形輸出窗口中 單擊代表軸的圓環(huán)將其選中，然后單擊對話框中的亠按鈕關(guān)閉對話框。將彈出Move Volume （移動體）對話框，如圖20.10所示。圖20.10移動體對話框6. 在對話框中的Z-offset hi Active CS （Z軸方向平移量）文本框中輸入“-10”，將該體 沿Z軸負(fù)方向平移10mm,然后單擊按鈕關(guān)閉此對話框。對創(chuàng)建的體進(jìn)彳亍網(wǎng)格劃分。選取菜單路徑Mam Menu | Piepiocessor | Meshmg | Mesh Tool打開分網(wǎng)工具對話框，如圖20.11所示。

14、Medilool| GlobdSet |廠 Srwrt SecddFre6 CoweSize CcrliclxGlobalArco:LrccLg12bwHub |圖20.11分網(wǎng)工具對話框7. 對端而上的線進(jìn)行分網(wǎng)控制。在網(wǎng)格劃分工具對話框（Mesh Tool）中的尺、J控制（Size Controls）|>< 中，單 J ： Lines （線甲丿亡）的I 帥1按鈕.，將彈 *Ji Element Sizes on Picked Lmes （選定 線的單元尺寸泄義）拾取對話框。在圖形輸出窗口中單擊軸某個端而上的兩條圓弧線，然 后單擊拾取對話框屮的 環(huán)I按鈕,將彈出Element S

15、izes on Picked Lmes （選定線的單元尺 寸）定義對話框，如圖20.12所示。圖20.12對線進(jìn)行網(wǎng)格控制8. 在線單元尺寸控制對話框中的No. of element divisions （單元劃分個數(shù)）文本框中輸入 “15”，指定軸沿周向劃分15個單元。單擊對話框中的按鈕對設(shè)置進(jìn)行確認(rèn)。9. 對軸的網(wǎng)格進(jìn)行控制。巫復(fù)上面的步驟8、9的過程，在圖形輸出窗口屮選則同一 端面上的徑向邊，將它們劃分為2份。再選擇軸的髙度上的某條線，將其劃分20份。10. 完成對軸的網(wǎng)格劃分。單擊分網(wǎng)工具對話框中的Mesh下拉框中的“Volume” , 指泄分網(wǎng)對象為體。再單擊Shape （分網(wǎng)形狀）

16、控制區(qū)的“Hex/Wedge”單選按鈕，指泄形狀 為八面體。單擊其下面的“Sweep”單選按鈕，指定分網(wǎng)方式為掃掠。再單擊對話框中的 按鈕，將彈*1! Volume Sweeping （扌I掠體）拾取對話框，單擊圖形顯示窗口中的軸， 將其選中，單擊拾取對話框中的 * I按鈕,對軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分（關(guān)T Sweep方式劃分網(wǎng)格 的詳細(xì)講解可參閱本書第2章網(wǎng)格劃分部分）。11. 對盤進(jìn)行網(wǎng)格劃分。巫復(fù)步驟811,將盤周向劃分10份，徑向劃分8份，軸向 劃分3份，同樣用掃掠的方式對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后單擊分網(wǎng)工具對話框中的門按鈕 關(guān)閉對話框。至此，完成了盤軸結(jié)構(gòu)的有限元建模的全部工作，通過上而的工作建立

17、的有 限元模型如圖20.13所示。20.2.5創(chuàng)建接觸對由丁軸和盤在連接時是過盈配介，軸的外表而和盤心的表面之間將構(gòu)成而而接觸對。 ANSYS6.1的接觸對生成向?qū)Э梢允褂脩舴浅７奖愕厣煞治鲂枰慕佑|對。下而我們將 利用接觸對生成向?qū)砩杀緦嵗杷５慕佑|對。在生成接觸對的同時，ANSYS程序?qū)T 動給接觸對分配實常數(shù)號。1.打開接觸管理器。選取菜單路徑 Mam Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Contact Pan,打開ANSYS6.1中的Contact Manager （接觸管理器），如圖20.14所示。圖20.14接觸管理器單擊接觸

18、管理器中的工具條上的最左邊按鈕劃，將彈出Add Conner Pnir （添加接 觸對）對話框,如圖20.15所示。MAifcl roriUrl P«irHRBA correct por ccr&sts cf o torqct srfccc ard contact 5irf«ce YctjwI fii5t define th- lerjct ?urface.Targe: 5crface!Tm蘆 Type:G Ar- 3r Bcdy (voiw) r r ddL Kcde<hod占I compcrMt3陀 Tarjot.圖20.15添加接觸對對話框2. 單擊對話

19、框中的“Areas”單選按鈕，指定接觸目標(biāo)表面為仏 然后單擊上蘭 按鈕來選擇具體的日標(biāo)而。將彈出Select Aiea for Target （選擇日標(biāo)而）拾取對話框。在圖形 輸出窗口中單擊関盤的盤心面將其選定，然后單擊拾取對話框中的丄按鈕將其關(guān)閉。 這時，Add Contact Pau （添加接觸對）對話框中的上門按鈕將被激活，單擊上門按鈕進(jìn) 入下一步，將彈出選屮接觸面的對話框。3. 單擊對話框中的“Areas”單選按鈕，指定接觸表而為面，然后單擊上也安 鈕，來選擇具體的接觸ihi。將彈出Select Aiea foi Contact （選擇日標(biāo)而）拾取對話框。在圖形 輸出窗口中單擊軸的外環(huán)

20、而將其選定，然后單擊拾取對話框中的LJ按鈕將其關(guān)閉。這 時，Add Contact Pau 加接觸對）對話框中的上二J按鈕將被激沾，單擊上二J按鈕進(jìn)入 下一步，對接觸對屬性進(jìn)行設(shè)置。其對話框如圖20.16所示。圖20.16設(shè)置接觸對屬性在對話框中，單擊"Include initial penetuHion”選擇框?qū)⑵溥x中，使分析中包括初 始滲透。單擊Material ID （材料代號）下拉框中的“ 1 ”，指定接觸材料屬性為定義的一號材料。并Coefficient of Friction擦系數(shù)）文本框中輸入"0.2 w ,指定摩擦系數(shù)為0.2°單擊.*"

21、'屈3二J按鈕，來對接觸問題的其它選項進(jìn)行設(shè)置，彈出的對話框如圖20.17所示。圖20.17基本設(shè)置選項4. 在對話框屮的Normal Penalty Stiffness （iE則處罰剛度）文本框中輸入“0.1 ”，指定 接觸剛度的處罰系數(shù)為0.1。然后單擊對話框上部的Friction （摩擦）標(biāo)簽，打開對摩擦選項 設(shè)置的選項卡，如圖20.18所示。圖20.18設(shè)置摩擦選項7單擊選項尺中的Stiffness matrix （剛度矩陣）下拉框中的"Unsymmetric”選項,將其 選中，指定本實例的接觸剛度為非對稱矩陣。其余的設(shè)置保持缺省，單擊.* I按鈕關(guān)閉 對話框，完成對

22、接觸選項的設(shè)置。 - J8. 單擊圖20.16所示的1£也按鈕，ANSYS程序?qū)⒏鶕?jù)前而的設(shè)置來創(chuàng)建接觸對。然后彈出如圖20.19所示的對話框。M Add ronlMt Pairg ccrtac: pair 心 ben created Io inters wth 加 contact par use red set ID 39 Finbh | Udp圖20.19完成接觸對的創(chuàng)建9. 査看圖20.19所示對話框中的信息，然后單擊二J按鈕關(guān)閉對話框。在ANSYS的接觸管理器的接觸對列表框中，將列出剛定義的接觸對，其實常數(shù)為3。關(guān)閉接觸管理 器。在圖形輸出窗口中顯示的接觸對，如圖20.20所

23、示。we Kirn人naLy侔 1$ or 介 Axis Contacting a hoi«» tn n DiseDEC Z 200213;54; 43圖20.20定義的接觸對10. 單擊ANSYS Toolbai （I具條）上的竺凹按鈕，保存數(shù)據(jù)庫文件。11. 選取菜單路徑Utility Menu | Plot | Aieas,對建立的模型進(jìn)行從新顯示，在ANSYS 圖形輸出窗口中對所建模型的面進(jìn)行顯示。至此，完成了本實例有限元模型的全部工作，下而將進(jìn)行加載求解工作。20.3加載并求解因為本實例是對盤軸結(jié)構(gòu)中，將軸從盤心拔出的過程進(jìn)行非線性分析。根據(jù)條件知道 在這個過程中

24、盤的外緣節(jié)點的門由度該全部約束。又由丁建模時為了節(jié)約費用，根據(jù)模型 結(jié)構(gòu)的特點，只建立了四分之一的模型，所以需要在分析時定義對稱邊條，來模擬真實的 情況。本實例的分析過程由兩個載荷步組成，第一個裁荷步為過盈分析，求解盤軸過盈安裝 時的應(yīng)力情況。第二個線荷步為將軸從盤心拔出時的接觸分析，分析點這個過程中盤心面 和軸的外表面之間的接觸應(yīng)力。它們都屬于大變形問題，屬于非線性問題。在分析時需耍 定義一些非線性選項來幫助問題的收斂。下面進(jìn)行本實例的加載和求解操作。20.3.1定義對稱邊條和位移約束前而我們講過，為了節(jié)約建模費用，我們根據(jù)模型的結(jié)果特點只建立了四分之一模型, 這樣在分析時就需耍定義軸對稱邊

25、條來模擬實際的情況。另外根據(jù)問題的描述知道，圓盤 外緣的節(jié)點的所有自由度應(yīng)該被約束。下而為具體的操作過程。1. 定義軸對稱邊條。選収菜單路徑 Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Suuctural Displacemeni | Synuneuy B. C. On Aieas,將彈出 Apply SYMM on Aieas （在而上 施加軸對稱邊條）拾取對話框。在圖形輸出窗口中單擊選取盤和軸的四個徑向截而，如圖 20.21所示。然后，單擊拾取對話框中的 詫I按鈕關(guān)閉對話框，對它們施加軸對稱邊條。圖20.21定義軸對稱邊條2定義盤外緣的位移約

26、束。選取菜單路徑Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Stnictuial | Displacement | On Aieas,將彈出 Apply U.ROT on Aieas （在面上施加位移約束） 拾取對話框。在圖形輸出窗口中單擊盤的外緣Ifli,然后單擊拾取對話框中的 * I按鈕關(guān) 閉拾取對話框，將彈出Apply U,ROT on Aieas上施加位移約束）對話框，如圖20.22所示。圖20.22定義位移約束3. 在對話框中,單擊DOFs to be constrained （約束自由度）列表框中的“ All DOF", 使

27、其高亮度顯示,將其選中。其余設(shè)置保持缺省值（缺省的位移值為0）,單擊按鈕關(guān) 閉拾取對話框，完成對位移約朿的定義。施加的軸對稱約束和位移約束如圖20.23所示。20.3.2定義并求解第一個載荷步對于本實例，第一個載尙步是盤軸連接時的過盈配合分析，它屈丁結(jié)構(gòu)胛力分析的大 變形分析。這電需耍進(jìn)行的T作是指定分析類型，載荷步選項，以及輸出文件控制。1 指定分析類型。選擇菜單路徑 Main Menu | Analysis Type Solution | New Analysis, 將會彈出New Analysis （新分析）對話框（圖略）,單擊對話框中的“Static”單選按鈕，指定 分析類型為靜力分析

28、。2. 設(shè)定分析選項。選擇菜單路徑 Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol'n Controls, 將彈出求解控制對話框，如圖20.24所示。圖20.24求解控制器的基本選項卡3. 單擊Basic （基本）選項卡左邊的Analysis Options （分析選項）下拉框中的“Large Displacement Static °將其選中，使分析屮考慮人變形影響。然后在Time Conuol （時間控制 區(qū)）中設(shè)宦載荷步結(jié)束時間Tune at end of loadstep = 100,并關(guān)掉f I動時間'（Automati

29、c time stepping為“Off”）。其余設(shè)置保持缺省，然后單擊對話框屮的U按鈕關(guān)閉對話框。 注：通過下面方法同樣可以對時間步進(jìn)行設(shè)置。單擊求解控制（Solution Controls）對話框 中的Advanced NL （高級非線性卡）右下部的匚二Z二ZE函巫亟匚二二Z1按鈕,打開隱藏的 其余求解選項菜單。然后通過菜單路徑：Main Menu I Solut ion | Load Step Opts I Time/Frequenc I Time-Time Step 來設(shè)置.另外，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力分析時ANSYS缺省的加找方式為斜坡（Ramped）加載方式，這里 我們將不再進(jìn)行設(shè)置。進(jìn)行

30、第一載荷步求解。選擇菜單路徑Mam Menu | Solution Solve | Cun ent LS,將 彈出 STATUS Command （求解設(shè)置狀態(tài)）窗口（見圖 20.25）,和 Solve Cunent Load Step （求 解當(dāng)前載荷步）對話框（見圖20.26）。/STATUS.Print 5/ to cutxr4百SOLUTION OPTIONSHSIONALIiy3-DDEGREES OF FREEDOMUX UY UZANALYSTS T?PFSTAriC <STFAW-STATF>N(>HL1N£HR G£0HEIHIC EFP

31、ECTSNFUTOM-RAPHSON OPTIONFULL UNSVMWETRICLOAD STEP 0 P r 1LCiRD STEP NUHBEKTIME Al FND OF THF SAD STEPNinDER OF SUKTEPSWXIHUH NUMBER OF EQUILIBRIUM ITERATIONS SIEr CHANGE DOUNDAR? CONDITIONS 15NOTEKMINAlt (UmLYSlS IF NOr CONUEHGEDVfcS(X'NUERGENCE COMTROLSUSE DEFAULTSPRINT OUIPUT CONTROLSNO PRINT

32、 CUTWTABAGF OIITrtJT CONTROLSALLUHTTTFNFOR THE LAST SUDSTEP圖20.25求解設(shè)置狀態(tài)對話椎4. 仔細(xì)閱讀求解狀態(tài)窗口中的信息，檢査所有的選項和設(shè)置是否都£確。如果1E確,單擊圖20.26所示對話框框屮的按鈕，對當(dāng)前載荷步進(jìn)行求解。如果有不對的地方, 單擊對話框中的按鈕業(yè)，取消這次求解，對正確的設(shè)置進(jìn)行修改并從新求解。5. ANSYS程序會在求解時彈出不同的狀態(tài)對話框顯示iE在進(jìn)行的求解內(nèi)容。經(jīng)過一 泄的運并求解Z后，會彈出求解完成提示對話框，單擊二J按鈕，完成第-墩荷步的求解。6. 求解完成Z后ANSYS圖形顯示窗口屮顯示的是

33、求解過程的迭代曲線，選擇菜單路 徑UtdityMenu | Replot,可以對窗口中的內(nèi)容巫新顯示成盤軸結(jié)果的有限元模型。20.3.3定義并求解第二載荷步本實例中，第二載荷步是求解將軸從盤心拔出過程中軸和盤的接觸應(yīng)力情況。在這個 載荷步中需耍定義軸的位移值（沿軸向移動的距離）。同時，需要定義多個載荷子步來進(jìn)行 迭代求解。下面是定義并求解第二載荷步的具體操作過程。設(shè)定分析選項和輸出控制選項。選擇菜單路徑Main Menu Solution | Analysis Type | Sofn Controls,將彈岀Solution Controls （求解控制）對話框,如圖20.27所示。Sokjt

34、icNi Cuntrc8ax r ：m朮SofnCptionj crirey Acvonccd lL |VAI：? I：enK to Reuti Fik«Largt? DlspIdCinl 5tdllc 2zJ A :Al coutcr tsnns：SokjticNi CuntrcBosic oxnbteslire Grnolr ne at md cf bacfctepaLtonatc tiw cteppinG Mjrbcr of 5iib$tcp$*me incrementlodMDCF Souter lodal Rea:tm Loads lerert solutm lewcrt

35、Noda load) leirert Hodo GtressoszJIMember of "vpt畑 13. cf substepsMnro of sub貝即5Frequency：| Wri:o b&y dtkop/*hereN- |1rJ3 CKSokjticNi Cuntrc圖20.27求解控制対話框1. 在求解控制對話腫卩的Basic （基本）選項卡中，將Analysis Options （分析選項）設(shè)胃 為aLarge Displacement StaticM ,指定為大變形分析將Tune Control （時間控制）區(qū)的Time at end of loadstep

36、 （載荷步結(jié)束時間）設(shè)置為"250 ” ,并打開 Automatic time stepping（ f I 動時 間步選項），設(shè)置為“On”）。并且將Nmnber of substeps （載荷子步數(shù)）文本框設(shè)置為“150”， Max no. of substeps （最大子步數(shù)）為"10000 ", Min no. of substeps （最小載荷子步數(shù)）為"10”。2. 單擊對話框右邊Write Items to Results File （結(jié)果輸出項）設(shè)置區(qū)下而的Fiequency （輸 出頻率）下拉框中的“Write eveiysubstep&

37、quot;,將每個載荷子步結(jié)果都輸出到結(jié)果文件屮。然 后單擊一按鈕關(guān)閉對話框。施加位移載荷（將軸沿軸向平移4011U11,拔出盤孑L）。選取菜單路徑Utility Menu | Select | Entities,將彈出Select Entities （選擇實體）對話框,如圖20.28所示。單擊對話框中最上而 下拉框屮的"Node” ,指泄選樣對猱為節(jié)點。接著在下而的下拉框中單擊“By Location", 指泄選擇方式為根據(jù)坐標(biāo)值來選取。單擊“ZcooidinatesM單選按鈕，在下面的文本框中輸 入“140”，指泄選取Z坐標(biāo)值為140的所有節(jié)點°單擊丄沁J按鈕

38、，然后單擊.* I按 鈕關(guān)閉對話框，完成選取。圖20.28選取軸對面上的節(jié)點5 -選取菜單路徑 Main Menu Solution | Define Loads | Apply | Stmctuial Displacement | On Nodes,將彈出施加節(jié)點位移載荷拾取對話框，單擊對話框中的2£±凹按鈕，將彈Hl Apply U,ROT on NOdes （施加節(jié)點位移載荷）對話框,如圖20.29所示。單擊對話框中約束自由度 列表框中的“UZ”,使其高亮度顯示。然后在Displacement value （位移值）文本框中輸入“40”, 其余設(shè)置保持缺省，單擊L按鈕

39、關(guān)閉對話框，完成位移載荷的施加。圖20.29施加位移載荷6. 選取菜單路徑Utility Menu | Select | Eveiythings,選取所有的有限元元素。7. 由丁大變形影響和加載方式在第一載荷步中都已經(jīng)役置，這里不需要再重新定義。 下而1工接求解第二載荷步。選擇菜單路徑Mam Menu | Solution Solve | Cunent LS,將彈出 STATUS Coimnaiid （求解設(shè)置狀態(tài)）窗口和求解Solve Cuiient Load Step （當(dāng)前載荷步）對話 框（圖略）。8. 仔細(xì)閱讀求解狀態(tài)窗口中的信息，檢査所有的選項和設(shè)置是否都止確，然后關(guān)閉它。 如果信息

40、止確，單擊求解當(dāng)前載荷步對話框框中的二J按鈕，對當(dāng)前載荷步進(jìn)行求解。 如果有不對的地方，單擊對話框中的按鈕 J* I,取消這次求解，對不對的役置進(jìn)行修改 并重新求解。9. ANSYS程序會在求解時彈出不同的狀態(tài)對話框顯示lE在進(jìn)行的求解內(nèi)容，經(jīng)過一 定的運算求解都完成Z后，會彈岀求解完成提示對話框，單擊上。按鈕，完成第二載荷步 的求解。至此完成了將軸從盤心拔出過程中接觸應(yīng)力的分析，下面通過ANSYS的后處理功能 來觀測求解的結(jié)果。20.4結(jié)果分析上而對軸和盤的接觸分析進(jìn)行了求解，下而我們忡先將分析過程屮建立的四分Z模 型擴(kuò)展成完整的盤軸結(jié)構(gòu)模型，然后通過通用后處理器(POST1)和時間一丿力程

41、后處理器 (POST26)來觀察求解的結(jié)果。20.4.1利用通用后處理器觀察結(jié)果在通用后處理器中，主更觀察兩個載荷步求解的盤軸過盈配合應(yīng)力和將軸從盤孔拔出 時在接觸面上的接觸應(yīng)力情況。也可通過ANSYS提供的動倆功能觀察幣個過程的動畫顯 示，具體操作過程如下。1.擴(kuò)展模型。選取菜單路徑 Utility Menu | PlotCtrls | Style Synunetiy Expansion Penodic/Cyclic Symmetry» 將彈出 Penodic/Cvclic Symmetry Expansion (周期、軸對稱擴(kuò)展) 對話框,如圖20.31所示。圖20.30模別擴(kuò)展

42、對話框2單擊對話框中的1/4 Dihedral Svm”單選按鈕，指定要擴(kuò)展的對稱類型為四分之一 兩面角系統(tǒng)。原來我們建立的四分之一模型將會被擴(kuò)展成為整個的盤軸結(jié)構(gòu)模烈，如圖 20.31所示。General3.4.選擇菜單路徑 Main Menu Geneial Postpioc | Plot Results | Contour Plot | Nodal Soil】, 將會彈出Contoui Nodal Solution Data （繪制節(jié)點解數(shù)據(jù)的等值線）對話框,如圖20.32所示。Pestpio Read Results | By Load Step。將彈出 Read Results by

43、 Load Step Number （根據(jù)載荷步 數(shù)讀取結(jié)果）對話框,保持對話框中的缺省設(shè)置（缺省值為LSTEP=1,SBSTEP=LAST）,單擊 二_1按鈕關(guān)閉對話框，讀取第一載荷步的最后一個載荷子步的結(jié)果。圖2032繪制節(jié)點解數(shù)據(jù)的等值線對話框在對話框中耍顯示項目的靠近左邊的列表框中，單擊"Stress”使其高亮度顯示。AN.1-370217313-361S19269220 65 538Z596432 560577787inaLysis or * Axis contacting a hoi» tn a disc在靠近右邊的列表框中，卷動到等效應(yīng)力“ Von Mises

44、 SEQV”后，單擊它使其高亮度顯示, 然后單擊 * I按鈕。在ANSYS圖形輸出窗口中將會顯示盤軸結(jié)構(gòu)過盈配合產(chǎn)生的等效 應(yīng)力等值線圖，如圖20.33所示。MOPAL SOLUTION5TE?=1 SUB -1 TINEIOO /EXPANDED5EQV (AVG)DMX =.175463 3MN =.44702 SM： -7187圖20.33盤軸過盈配合應(yīng)力分布圖6下面來査看拔出過程屮某一時刻軸的接觸而上的床力分布。選擇菜單路徑：Mam Menu | General Pestpro | Read Results | By Time/Freq,將彈 IB Read Results by Tu

45、ne or Frequency （根據(jù)時間和頻率來査看結(jié)果）對話框，如圖20.34所示。在對話框中的Value of tmie or fieq （時間值戊本框屮輸入“ 120”，指定時間為120,然后單擊.“ 胺鈕關(guān)閉對 話框。圖2034指定査看時間結(jié)果的時間值5. 選出接觸單元。選取菜單路Utility Menu | Select Entities,將彈出選擇實體(Select Entities)對話框。單擊對話框中最上面下拉框中的“Element",指定選擇對象為單元。接 著在下面的下拉框中單擊“ByElemName”，指定選擇方式為根據(jù)單元名來選取。在下面 的“Element

46、Name”文本框中輸入“174” ,指定選取所有接觸單元。單擊壬處J按鈕, 然后單擊.°” 1按鈕關(guān)閉對話框,完成選取。6. 顯示選擇結(jié)果。選取菜單路徑Utility Menu Plot | Elements,在圖形輸出窗口中將 顯示選取的所有接觸單元，如圖20.35所示。ELEHENTSANDEC 7 2002 15:33:02xnaLysis ot * Axis contacting a hoi<» in a disc圖20.35選取的所右接觸單尤7. 選擇菜單路徑 Main Menu General Postpioc | Plot Results | Conto

47、ur Plot | Nodal Solu, 將會彈出Contour Nodal Solution Data (繪制節(jié)點解數(shù)據(jù)的等值線)對話框,如圖20.32所示。 在耍顯示項目的靠近左邊的列表框中，單擊"Contact”使其島亮度顯示。在靠近右邊的列 表框中，卷動到壓力“PiessuiePRES”后，單擊它使其高亮度顯示，然后單擊一 * I按鈕。 在ANSYS圖形輸出窗口中，將會顯示盤軸結(jié)構(gòu)在120時接觸單元上的壓力分布云圖，如 圖 20.36 所zjj)»rAL 30LOTI0MTTKE=120ZEX?AJJiE COHTPMS (1VG) R»YS-0MK -

48、5.334ANDEC 7 200215:36:040649.233L29B324.616973.8491623inaLysis or a Axis contacting a hoi» tn » Disc19-302272259°2922SKX =Z9ZZ圖20.36接觸單元上的床力分布云圖8. 選取菜單路徑Utility Menu | Select | Eveiytliing,選取所有有限元元索。在ANSYS同樣后處理器(POST1)中，我們還可以査看任意時刻的整個模型屮的等效應(yīng) 力分布情況，或丿k力、位移求解結(jié)果。還叮以通過菜單路彳仝Utility Menu |

49、 Plot Ctils | Aiiunate | Over Results來對結(jié)果進(jìn)行動iWi顯示。也口J以通過菜單路徑Utility Menu | List | Nodes來對 節(jié)點結(jié)果進(jìn)行列表顯示，査看反作用力等，這電不再詳細(xì)講解，讀者可以門己操作査看。18.4.2利用時間一歷程后處理器分析結(jié)果這里我們將利用ANSYS提供的時間一歷程變帚査看器來定義相應(yīng)的時間歷程變最， 并繪制出不同變最隨時間變化的曲線，具體的操作如下。1. 選擇菜單路徑Mam Menu TimeHist Postpro,進(jìn)入時間一歷程后處理器。彈岀Time Histoiy Variables (時間一歷程變量)對話框，如

50、圖2037所示。圖20.37時間一歷程變竜對話框2. 泄義軸端面上的節(jié)點沿Z方向的約束反力的時間一歷程變量。在時間一歷程變量對 話框中，單擊工具欄上瑕左邊的土J按鈕，將彈出Add Time Histoiy Vanable （添加時間一歷 程變星）對話框，如圖20.38所示。圖20.38添加時間一歷程變量對話框3. 在添加時間一歷程變量對話框中的Result Item果項目）列表框中,依次單擊路徑: Reaction Forces | Stiuctuial Forces | Z-Component of Force, 使莫高亮度顯示。Vaiiable Name （變吊名）將會變?yōu)椋骸癋Z_2”，然后單擊.ok I按鈕關(guān)閉對話框。將會彈出節(jié)點選