接觸分析實(shí)例

1、ANSYS接觸分析實(shí)例在此實(shí)例中，將對(duì)一個(gè)盤(pán)軸緊配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行接觸分析。第一個(gè)載荷步分析軸和盤(pán)在過(guò)盈配合時(shí)的應(yīng)力，第二個(gè)載荷步分析將該軸從盤(pán)心拔出時(shí)軸和盤(pán)的接觸應(yīng)力情況。 1 問(wèn)題描述：在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中通常會(huì)遇到軸與軸承、軸與齒輪、軸與盤(pán)連接的問(wèn)題，根據(jù)各自的不同情況可能有不同的連接形式。但大多數(shù)連接形式中存在過(guò)盈配合，也就是涉及到接觸問(wèn)題的分析。這里我們以某轉(zhuǎn)子中軸和盤(pán)的連接為例，分析軸和盤(pán)的配合應(yīng)力以及將軸從盤(pán)中拔處時(shí)盤(pán)軸連接處的應(yīng)力情況。 本實(shí)例的軸為一等直徑空心軸，盤(pán)為等厚度圓盤(pán)，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖1所示。由于模型和載荷都是軸對(duì)稱(chēng)的，可以用軸對(duì)稱(chēng)方法進(jìn)行分析。這里為了后處理時(shí)觀察結(jié)果更直觀，我

2、們采用整個(gè)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(lái)觀察整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布、變化情況。盤(pán)和軸用同一種材料，其性質(zhì)如下： 彈性模量： EX=2.1E5 泊松比： NUXY=0.3 接觸摩擦系數(shù) ： MU=0.2 圖1 盤(pán)軸結(jié)構(gòu)圖2 建立有限元模型在ANSYS9.0中，首先我們通過(guò)完成如下工作來(lái)建立本實(shí)例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析標(biāo)題，定義單元類(lèi)型，定義材料性能，建立結(jié)構(gòu)幾何模型、進(jìn)行網(wǎng)格劃分等。根據(jù)本實(shí)例的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們將首先建立代表盤(pán)和軸的兩個(gè)1/4圓環(huán)面，然后對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元模型。 2.1設(shè)置分析標(biāo)題 本實(shí)例為進(jìn)行如圖1所示的盤(pán)軸結(jié)構(gòu)的接觸分析，屬于非線

3、性結(jié)構(gòu)分析范疇。跟前面實(shí)例一樣，為了在后面進(jìn)行菜單方式操作時(shí)的方便，需要在開(kāi)始分析時(shí)就指定本實(shí)例分析范疇為“Structural”。本實(shí)例的標(biāo)題可以命名為：“ANSYS OF ZHOU”，具體的操作過(guò)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(duì)話框，如圖20.2所示。在Enter new jobname (輸入新文件名)文本框中輸入文字“ZHOU”，為本分析實(shí)例的數(shù)據(jù)庫(kù)文件名。并單擊New log and error files (新的日志和錯(cuò)誤文件)單選框，使其變?yōu)椤癥es”，為本實(shí)例的

4、分析過(guò)程創(chuàng)建新的日志。單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框，完成文件名的修改。 圖2 修改文件名對(duì)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(duì)話框，如圖3所示。在Enter new title (輸入新標(biāo)題)文本框中輸入文字“ANSYS OF ZHOU”，為本分析實(shí)例的標(biāo)題名。單擊按鈕，完成對(duì)標(biāo)題名的指定。 圖3 修改標(biāo)題對(duì)話框3選取菜單路徑Utility Menu | Plot | Replot，指定的標(biāo)題“ANSYS OF ZHOU”將顯示在圖形窗口的左下角。 4選取菜單路徑Main Menu | Preference

5、，將彈出Preference of GUI Filtering (菜單過(guò)濾參數(shù)選擇)對(duì)話框。單擊Structual(結(jié)構(gòu))選項(xiàng)使之被選中，以將菜單設(shè)置為與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的選項(xiàng)。單擊按鈕關(guān)閉，完成分析范疇的指定。 2.2定義單元類(lèi)型 本實(shí)例分析的問(wèn)題中涉及到大變形，故選用Solid185單元類(lèi)型來(lái)建立本實(shí)例的模型。下面為定義單元類(lèi)型的具體操作過(guò)程。 1選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，將彈出Element Types (單元類(lèi)型)對(duì)話框。單擊對(duì)話框中的按鈕，將彈出Library of Element Ty

6、pes (單元類(lèi)型庫(kù))對(duì)話框,如圖4所示。 圖4 單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框2在單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框中，靠近左邊的列表中，單擊“Structural Solid”一次，使其高亮度顯示，指定添加的單元類(lèi)型為結(jié)構(gòu)實(shí)體單元。然后，在靠近右邊的列表中，單擊“Brick 8node 185”一次，選定單元類(lèi)型Solid185 為第一類(lèi)單元。單擊對(duì)話框中的按鈕，關(guān)閉Library of Element Types 對(duì)話框。然后，Element Types (單元類(lèi)型)對(duì)話框會(huì)重新顯示，且在對(duì)話框中的單元列表框中列出了定義的單元類(lèi)型1：Solid185，如圖5所示。 圖5 定義的單元類(lèi)型3單擊Element Types

7、(單元類(lèi)型定義)對(duì)話框中的按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，完成單元類(lèi)型的定義。 2.3 定義材料屬性 本實(shí)例中盤(pán)軸使用同一種材料類(lèi)型，所以只需定義一種材料就可以了。下面是具體的操作過(guò)程。 1選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，將彈出Define Material Model Behavior (材料模型定義)對(duì)話框，如圖6所示。 圖6 材料模型定義對(duì)話框2在對(duì)話框的右邊選項(xiàng)框中，依次雙擊Structural | | Linear | | Elastic | | Isotropic，將彈出1號(hào)材料的彈性模量EX和泊

8、松比PRXY的定義對(duì)話框，如圖7所示。 圖7 線性各向同性材料定義對(duì)話框3在線性各向同性材料屬性對(duì)話框中的EX (彈性模量)文本框中輸入“2.1E5”，PRXY (泊松比)文本框中輸入0.3。單擊對(duì)話框中的按鈕關(guān)閉對(duì)話框。 4在Define Material Model Behavior (材料模型定義)對(duì)話框的左邊列表框中將列出定義的材料1的屬性，完成對(duì)材料模型的定義。 2.4 建立幾何模型并分網(wǎng) 下面來(lái)建立本實(shí)例的軸對(duì)稱(chēng)幾何模型，并進(jìn)行合理的分網(wǎng)。本實(shí)例的軸對(duì)稱(chēng)模型比較簡(jiǎn)單，可以用多種途徑很方便地建立。前面我們講過(guò)對(duì)于這種旋轉(zhuǎn)體幾何模型可以先建立一個(gè)形面并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后將這個(gè)形面繞

9、其對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)需要的角度而得到；也可以直接建立圓環(huán)，再對(duì)其進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格劃分而得到整個(gè)模型的網(wǎng)格。這里我們采用后面一種方法，具體操作過(guò)程如下。 1創(chuàng)建四分之一圓盤(pán)。選擇菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Cylinder | Partial Cylinder命令，將打開(kāi)Partial Cyclinde (r創(chuàng)建部分圓環(huán))對(duì)話框，如圖8所示。 圖8 創(chuàng)建部分圓環(huán)對(duì)話框2在創(chuàng)建部分圓環(huán)對(duì)話框中的輸入圓心坐標(biāo)為：WP X0、WP Y0，內(nèi)徑Rad-134，起始角度為T(mén)heta-10，外徑為Rad-2100，結(jié)束角度為T(mén)

10、heta-290，圓盤(pán)厚度為Depth25，如圖8所示。單擊按照設(shè)置的值建立圓盤(pán)模型，在ANSYS圖形顯示對(duì)話框中將會(huì)顯示剛創(chuàng)建圓盤(pán)。 3創(chuàng)建代表軸的圓環(huán)。接著，在創(chuàng)建部分圓環(huán)對(duì)話框中輸入相應(yīng)的值來(lái)建立代表四分之一軸的圓環(huán)。輸入的值為：WP X0、WP Y0，內(nèi)徑Rad-125，起始角度為T(mén)heta-10，外徑為Rad-235，結(jié)束角度為T(mén)heta-290，圓盤(pán)厚度為Depth150。然后單擊對(duì)話中的按鈕關(guān)閉對(duì)話框。在ANSYS圖形顯示對(duì)話框中將會(huì)顯示剛創(chuàng)建圓盤(pán)。 4調(diào)整所建實(shí)體的視圖。選擇菜單路徑Utility Menu | PlotCtrls | Pan Zoom Rotate，打開(kāi)Pan

11、-Zoom -Rotate (平移縮放旋轉(zhuǎn))對(duì)話框，并單擊對(duì)話框右上角的按鈕，將建立的模型調(diào)到比較合適的位置。調(diào)整后的兩個(gè)圓環(huán)幾何體如圖9所示。讀者可以單擊對(duì)話框下部的動(dòng)態(tài)顯示選擇框，然后通過(guò)鼠標(biāo)右鍵來(lái)調(diào)整視圖位置。 圖9 建立的盤(pán)軸幾何模型5將圓環(huán)2(軸)移動(dòng)到合適的位置。選擇菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Move / Modify | Volumes，將彈出Move Volume (移動(dòng)體)拾取對(duì)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(duì)話框中的按鈕關(guān)閉對(duì)話框。將彈出Move Volume (移動(dòng)體)對(duì)話框，如圖10所示

12、。 圖10 移動(dòng)體對(duì)話框6在對(duì)話框中的Z-offset in 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(duì)話框。 7對(duì)創(chuàng)建的體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Meshing | Mesh Tool打開(kāi)分網(wǎng)工具對(duì)話框，如圖11所示。 圖11 分網(wǎng)工具對(duì)話框8對(duì)端面上的線進(jìn)行分網(wǎng)控制。在網(wǎng)格劃分工具對(duì)話框(Mesh Tool)中的尺寸控制(Size Controls)區(qū)中，單擊Lines (線單元)的按鈕，將彈出Element Sizes on Picked Lines (選定線的

13、單元尺寸定義) 拾取對(duì)話框。在圖形輸出窗口中單擊軸某個(gè)端面上的兩條圓弧線，然后單擊拾取對(duì)話框中的按鈕，將彈出Element Sizes on Picked Lines (選定線的單元尺寸) 定義對(duì)話框，如圖12所示。 圖12 對(duì)線進(jìn)行網(wǎng)格控制9在線單元尺寸控制對(duì)話框中的No. of element divisions (單元?jiǎng)澐謧€(gè)數(shù))文本框中輸入“15”，指定軸沿周向劃分15個(gè)單元。單擊對(duì)話框中的按鈕對(duì)設(shè)置進(jìn)行確認(rèn)。 10對(duì)軸的網(wǎng)格進(jìn)行控制。重復(fù)上面的步驟8、9的過(guò)程，在圖形輸出窗口中選則同一端面上的徑向邊，將它們劃分為2份。再選擇軸的高度上的某條線，將其劃分20份。 11完成對(duì)軸的網(wǎng)格劃分。

14、單擊分網(wǎng)工具對(duì)話框中的Mesh下拉框中的“Volume”，指定分網(wǎng)對(duì)象為體。再單擊Shape (分網(wǎng)形狀)控制區(qū)的“Hex/Wedge”單選按鈕，指定形狀為六面體。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(duì)話框中的按鈕，將彈出Volume Sweeping (掃掠體)拾取對(duì)話框，單擊圖形顯示窗口中的軸，將其選中，單擊拾取對(duì)話框中的按鈕，對(duì)軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分。12對(duì)盤(pán)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。重復(fù)步驟811，將盤(pán)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(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后單擊分網(wǎng)工具對(duì)話框中的按鈕關(guān)閉對(duì)話框。至此，完成了盤(pán)軸結(jié)構(gòu)的有限元建模的全部工作，通過(guò)上面的工作建

15、立的有限元模型如圖13所示。 圖13 盤(pán)軸結(jié)構(gòu)的有限元模型2.5 創(chuàng)建接觸對(duì) 由于軸和盤(pán)在連接時(shí)是過(guò)盈配合，軸的外表面和盤(pán)心的表面之間將構(gòu)成面面接觸對(duì)。下面我們將利用接觸對(duì)生成向?qū)?lái)生成本實(shí)例需要的接觸對(duì)。在生成接觸對(duì)的同時(shí)，ANSYS程序?qū)⒆詣?dòng)給接觸對(duì)分配實(shí)常數(shù)號(hào)。 1打開(kāi)接觸管理器。選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Contact Pair，打開(kāi)ANSYS6.1中的Contact Manager (接觸管理器)，如圖14所示。 圖14 接觸管理器2單擊接觸管理器中的工具條上的最左邊按鈕，將彈出Add Contact P

16、air (添加接觸對(duì))對(duì)話框，如圖15所示。 圖15 添加接觸對(duì)對(duì)話框3單擊對(duì)話框中的“Areas”單選按鈕，指定接觸目標(biāo)表面為面，然后單擊按鈕來(lái)選擇具體的目標(biāo)面。將彈出Select Area for Target (選擇目標(biāo)面)拾取對(duì)話框。在圖形輸出窗口中單擊圓盤(pán)的盤(pán)心面將其選定，然后單擊拾取對(duì)話框中的按鈕將其關(guān)閉。這時(shí)，Add Contact Pair (添加接觸對(duì))對(duì)話框中的按鈕將被激活，單擊按鈕進(jìn)入下一步，將彈出選中接觸面的對(duì)話框。 4單擊對(duì)話框中的“Areas”單選按鈕，指定接觸表面為面，然后單擊按鈕，來(lái)選擇具體的接觸面。將彈出Select Area for Contact (選擇目

17、標(biāo)面)拾取對(duì)話框。在圖形輸出窗口中單擊軸的外環(huán)面將其選定，然后單擊拾取對(duì)話框中的按鈕將其關(guān)閉。這時(shí)，Add Contact Pair (添加接觸對(duì))對(duì)話框中的按鈕將被激活，單擊按鈕進(jìn)入下一步，對(duì)接觸對(duì)屬性進(jìn)行設(shè)置。其對(duì)話框如圖16所示。 圖16 設(shè)置接觸對(duì)屬性5在對(duì)話框中，單擊“Include initial penetration”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(hào))下拉框中的“1”，指定接觸材料屬性為定義的一號(hào)材料。并在Coefficient of Friction (摩擦系數(shù))文本框中輸入“0.2”，指定摩擦系數(shù)為0.2。單擊按鈕，來(lái)對(duì)接觸問(wèn)題的

18、其它選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，彈出的對(duì)話框如圖17所示。 圖17 基本設(shè)置選項(xiàng)6在對(duì)話框中的Normal Penalty Stiffness (正則處罰剛度)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(duì)話框上部的Friction (摩擦)標(biāo)簽，打開(kāi)對(duì)摩擦選項(xiàng)設(shè)置的選項(xiàng)卡，如圖18所示。 圖18 設(shè)置摩擦選項(xiàng)7單擊選項(xiàng)卡中的Stiffness matrix (剛度矩陣)下拉框中的“Unsymmetric”選項(xiàng)，將其選中，指定本實(shí)例的接觸剛度為非對(duì)稱(chēng)矩陣。其余的設(shè)置保持缺省，單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框，完成對(duì)接觸選項(xiàng)的設(shè)置。 8單擊圖16所示的CREAT按鈕，ANSYS程序?qū)⒏鶕?jù)前面的設(shè)置來(lái)創(chuàng)建

19、接觸對(duì)。然后彈出如圖19所示的對(duì)話框。 圖19 完成接觸對(duì)的創(chuàng)建9查看圖19所示對(duì)話框中的信息，然后單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框。在ANSYS的接觸管理器的接觸對(duì)列表框中，將列出剛定義的接觸對(duì)，其實(shí)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(duì)，如圖20所示。 圖20 定義的接觸對(duì)10單擊ANSYS Toolbar (工具條)上的SAVE_DB按鈕，保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件。 11選取菜單路徑Utility Menu | Plot | Areas，對(duì)建立的模型進(jìn)行從新顯示，在ANSYS圖形輸出窗口中對(duì)所建模型的面進(jìn)行顯示。 至此，完成了本實(shí)例有限元模型的全部工作，下面將進(jìn)行加載求解工作。 3 加載并求解因

20、為本實(shí)例是對(duì)盤(pán)軸結(jié)構(gòu)中，將軸從盤(pán)心拔出的過(guò)程進(jìn)行非線性分析。根據(jù)條件知道在這個(gè)過(guò)程中盤(pán)的外緣節(jié)點(diǎn)的自由度該全部約束。又由于建模時(shí)為了節(jié)約費(fèi)用，根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，只建立了四分之一的模型，所以需要在分析時(shí)定義對(duì)稱(chēng)邊條，來(lái)模擬真實(shí)的情況。 本實(shí)例的分析過(guò)程由兩個(gè)載荷步組成，第一個(gè)載荷步為過(guò)盈分析，求解盤(pán)軸過(guò)盈安裝時(shí)的應(yīng)力情況。第二個(gè)載荷步為將軸從盤(pán)心拔出時(shí)的接觸分析，分析在這個(gè)過(guò)程中盤(pán)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(wèn)題，屬于非線性問(wèn)題。在分析時(shí)需要定義一些非線性選項(xiàng)來(lái)幫助問(wèn)題的收斂。下面進(jìn)行本實(shí)例的加載和求解操作。 3.1定義對(duì)稱(chēng)邊條和位移約束 前面我們講過(guò)，為了節(jié)約建模費(fèi)用，我

21、們根據(jù)模型的結(jié)果特點(diǎn)只建立了四分之一模型，這樣在分析時(shí)就需要定義軸對(duì)稱(chēng)邊條來(lái)模擬實(shí)際的情況。另外根據(jù)問(wèn)題的描述知道，圓盤(pán)外緣的節(jié)點(diǎn)的所有自由度應(yīng)該被約束。下面為具體的操作過(guò)程。 1定義軸對(duì)稱(chēng)邊條。選取菜單路徑Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural | Displacement | Symmetry B. C. | On Areas，將彈出Apply SYMM on Areas (在面上施加軸對(duì)稱(chēng)邊條)拾取對(duì)話框。在圖形輸出窗口中單擊選取盤(pán)和軸的四個(gè)徑向截面，如圖21所示。然后，單擊拾取對(duì)話框中的按鈕關(guān)閉對(duì)話框，對(duì)它們施加

22、軸對(duì)稱(chēng)邊條。 圖21 定義軸對(duì)稱(chēng)邊條2定義盤(pán)外緣的位移約束。選取菜單路徑Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural | Displacement | On Areas，將彈出Apply U,ROT on Areas (在面上施加位移約束)拾取對(duì)話框。在圖形輸出窗口中單擊盤(pán)的外緣面，然后單擊拾取對(duì)話框中的按鈕關(guān)閉拾取對(duì)話框，將彈出Apply U,ROT on Areas (在面上施加位移約束)對(duì)話框，如圖22所示。 圖22 定義位移約束3在對(duì)話框中，單擊DOFs to be constrainted (約束自由度)列表框中的“

23、All DOF”，使其高亮度顯示，將其選中單擊按鈕關(guān)閉拾取對(duì)話框，完成對(duì)位移約束的定義。施加的軸對(duì)稱(chēng)約束和位移約束如圖23所示。 圖23 定義的軸對(duì)稱(chēng)約束和位移約束3.2 定義并求解第一個(gè)載荷步 對(duì)于本實(shí)例，第一個(gè)載荷步是盤(pán)軸連接時(shí)的過(guò)盈配合分析，它屬于結(jié)構(gòu)靜力分析的大變形分析。這里需要進(jìn)行的工作是指定分析類(lèi)型，載荷步選項(xiàng)，以及輸出文件控制。 1指定分析類(lèi)型。選擇菜單路徑Main Menu | Analysis Type | Solution | New Analysis，將會(huì)彈出New Analysis (新分析)對(duì)話框，單擊對(duì)話框中的“Static”單選按鈕，指定分析類(lèi)型為靜力分析。 2設(shè)

24、定分析選項(xiàng)。選擇菜單路徑Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol'n Controls，將彈出求解控制對(duì)話框，如圖24所示。 圖24 求解控制器的基本選項(xiàng)卡3單擊Basic (基本)選項(xiàng)卡左邊的Analysis Options (分析選項(xiàng))下拉框中的“Large Displacement Static”將其選中，使分析中考慮大變形影響。然后在Time Control (時(shí)間控制區(qū))中設(shè)定載荷步結(jié)束時(shí)間Time at end of loadstep100，并關(guān)掉自動(dòng)時(shí)間步(Automatic time stepping為“Off”)。其余設(shè)置保

25、持缺省，然后單擊對(duì)話框中的按鈕關(guān)閉對(duì)話框。 4進(jìn)行第一載荷步求解。選擇菜單路徑Main Menu | Solution | Solve | Current LS，將彈出STATUS Command (求解設(shè)置狀態(tài)) 窗口(見(jiàn)圖25)，和Solve Current Load Step (求解當(dāng)前載荷步)對(duì)話框(見(jiàn)圖26)。 圖25 求解設(shè)置狀態(tài)對(duì)話框5仔細(xì)閱讀求解狀態(tài)窗口中的信息，檢查所有的選項(xiàng)和設(shè)置是否都正確。如果正確，單擊圖26所示對(duì)話框框中的按鈕，對(duì)當(dāng)前載荷步進(jìn)行求解。如果有不對(duì)的地方，單擊對(duì)話框中的按鈕，取消這次求解，對(duì)正確的設(shè)置進(jìn)行修改并從新求解。 6ANSYS程序會(huì)在求解時(shí)彈出不同的

26、狀態(tài)對(duì)話框顯示正在進(jìn)行的求解內(nèi)容。經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算求解之后，會(huì)彈出求解完成提示對(duì)話框，單擊按鈕，完成第一載荷步的求解。 7求解完成之后ANSYS圖形顯示窗口中顯示的是求解過(guò)程的迭代曲線，選擇菜單路徑Utility Menu | Replot，可以對(duì)窗口中的內(nèi)容重新顯示成盤(pán)軸結(jié)果的有限元模型。 3.3 定義并求解第二載荷步 本實(shí)例中，第二載荷步是求解將軸從盤(pán)心拔出過(guò)程中軸和盤(pán)的接觸應(yīng)力情況。在這個(gè)載荷步中需要定義軸的位移值(沿軸向移動(dòng)的距離)。同時(shí)，需要定義多個(gè)載荷子步來(lái)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(guò)程。 1設(shè)定分析選項(xiàng)和輸出控制選項(xiàng)。選擇菜單路徑Main Menu | So

27、lution | Analysis Type | Sol'n Controls，將彈出Solution Controls (求解控制)對(duì)話框，如圖27所示。 圖27 求解控制對(duì)話框2在求解控制對(duì)話框中的Basic (基本)選項(xiàng)卡中，將Analysis Options (分析選項(xiàng))設(shè)置為“Large Displacement Static”，指定為大變形分析。將Time Control (時(shí)間控制)區(qū)的Time at end of loadstep (載荷步結(jié)束時(shí)間)設(shè)置為“250”，并打開(kāi)Automatic time stepping(自動(dòng)時(shí)間步選項(xiàng)) ，設(shè)置為“On”)。并且將Num

28、ber 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”。 3單擊對(duì)話框右邊Write Items to Results File (結(jié)果輸出項(xiàng))設(shè)置區(qū)下面的Frequency (輸出頻率)下拉框中的“Write every substep”，將每個(gè)載荷子步結(jié)果都輸出到結(jié)果文件中。然后單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框。 4施加位移載荷(將軸沿軸向平移40mm，拔出盤(pán)孔)。選取菜單路徑Utility Menu | Select | Entities，將彈出S

29、elect Entities (選擇實(shí)體)對(duì)話框，如圖28所示。單擊對(duì)話框中最上面下拉框中的“Node”，指定選擇對(duì)象為節(jié)點(diǎn)。接著在下面的下拉框中單擊“By Location”，指定選擇方式為根據(jù)坐標(biāo)值來(lái)選取。單擊“Z coordinates”單選按鈕，在下面的文本框中輸入“140” ，指定選取Z坐標(biāo)值為140的所有節(jié)點(diǎn)。單擊Sele All按鈕，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，完成選取。 圖28 選取軸對(duì)面上的節(jié)點(diǎn)5選取菜單路徑Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural | Displacement | On Nodes，將彈

30、出施加節(jié)點(diǎn)位移載荷拾取對(duì)話框，單擊對(duì)話框中的按鈕，將彈出Apply U,ROT on NOdes (施加節(jié)點(diǎn)位移載荷)對(duì)話框，如圖29所示。單擊對(duì)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，單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框，完成位移載荷的施加。 圖29 施加位移載荷6選取菜單路徑Utility Menu | Select | Everythings，選取所有的有限元元素。 7由于大變形影響和加載方式在第一載荷步中都已經(jīng)設(shè)置，這里不需要再重新定義。下面直接求解第二載荷步。選擇菜單路徑Main Menu | S

31、olution | Solve | Current LS，將彈出STATUS Command (求解設(shè)置狀態(tài)) 窗口和求解Solve Current Load Step (當(dāng)前載荷步)對(duì)話框。 8仔細(xì)閱讀求解狀態(tài)窗口中的信息，檢查所有的選項(xiàng)和設(shè)置是否都正確，然后關(guān)閉它。如果信息正確，單擊求解當(dāng)前載荷步對(duì)話框框中的按鈕，對(duì)當(dāng)前載荷步進(jìn)行求解。如果有不對(duì)的地方，單擊對(duì)話框中的按鈕，取消這次求解，對(duì)不對(duì)的設(shè)置進(jìn)行修改并重新求解。 9ANSYS程序會(huì)在求解時(shí)彈出不同的狀態(tài)對(duì)話框顯示正在進(jìn)行的求解內(nèi)容，經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算求解都完成之后，會(huì)彈出求解完成提示對(duì)話框，單擊按鈕，完成第二載荷步的求解。 至此完成了將

32、軸從盤(pán)心拔出過(guò)程中接觸應(yīng)力的分析，下面通過(guò)ANSYS的后處理功能來(lái)觀測(cè)求解的結(jié)果。 4 結(jié)果分析上面對(duì)軸和盤(pán)的接觸分析進(jìn)行了求解，下面我們首先將分析過(guò)程中建立的四分之一模型擴(kuò)展成完整的盤(pán)軸結(jié)構(gòu)模型，然后通過(guò)通用后處理器(POST1)和時(shí)間歷程后處理器(POST26)來(lái)觀察求解的結(jié)果。 4.1 利用通用后處理器觀察結(jié)果 在通用后處理器中，主要觀察兩個(gè)載荷步求解的盤(pán)軸過(guò)盈配合應(yīng)力和將軸從盤(pán)孔拔出時(shí)在接觸面上的接觸應(yīng)力情況。也可通過(guò)ANSYS提供的動(dòng)畫(huà)功能觀察整個(gè)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)顯示，具體操作過(guò)程如下。 1擴(kuò)展模型。選取菜單路徑Utility Menu | PlotCtrls | Style | Symm

33、etry Expansion | Periodic/Cyclic Symmetry，將彈出Periodic/Cyclic Symmetry Expansion (周期、軸對(duì)稱(chēng)擴(kuò)展)對(duì)話框，如圖31所示。 圖30 模型擴(kuò)展對(duì)話框2單擊對(duì)話框中的“1/4 Dihedral Sym”單選按鈕，指定要擴(kuò)展的對(duì)稱(chēng)類(lèi)型為四分之一兩面角系統(tǒng)。原來(lái)我們建立的四分之一模型將會(huì)被擴(kuò)展成為整個(gè)的盤(pán)軸結(jié)構(gòu)模型，如圖31所示。 圖31 擴(kuò)展后的模型3查看過(guò)盈配合時(shí)盤(pán)軸結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況。選擇菜單路徑：Main Menu | General Pestpro | Read Results | By Load Step。將彈

34、出Read Results by Load Step Number (根據(jù)載荷步數(shù)讀取結(jié)果)對(duì)話框，保持對(duì)話框中的缺省設(shè)置(缺省值為L(zhǎng)STEP=1,SBSTEP=LAST)，單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框，讀取第一載荷步的最后一個(gè)載荷子步的結(jié)果。 4選擇菜單路徑Main Menu | General Postproc | Plot Results | Contour Plot | Nodal Solu，將會(huì)彈出Contour Nodal Solution Data (繪制節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)的等值線)對(duì)話框，如圖32所示。 圖32繪制節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)的等值線對(duì)話框5在對(duì)話框中要顯示項(xiàng)目的靠近左邊的列表框中，單擊“Stress”使其高亮度顯示。在靠近右邊的列表框中，卷動(dòng)到等效應(yīng)力“Von Mises SEQV”后，單擊它使其高亮度顯示，然后單擊按鈕。在ANSYS圖