过盈配合与拔销耦合分析.doc

ANSYS 使用手册 教程8 过盈配合与拔销分析教程8：过盈配合与拔销耦合分析问题阐述这是一个钢销与长方体内光滑销孔耦合的三维分析。由于模型的对称性，可以取模型的四分之一对称模型作为分析对象。要定义两个不同的加载步骤。第一个加载步骤的目的是研究几何尺寸比销孔厚的销子上的过盈配合应力。第二个加载步骤的目的是研究应力、耦合压力以及销子从销孔中拔出时的作用力。所给条件模型的尺寸如下：PIN（销）半径=0.5单位，长=2.5单位；BLOCD（长方体）宽=4单位，长=4单位，高=1单位；PINHOLE（销孔）半径=0.49单位，深=1单位。两个实体都是由结构钢制成（刚度=30e6）并假设是柔韧的。近似与假设采用四分之一对称模型来模拟耦合现象，将使用两个加载步骤来进行分析：步骤1：过盈配合求解这个问题无须额外的位移边界条件。销子在销孔中由于几何关系而被约束。由于销孔与销子耦合面之间的过盈关系而产生了应力。步骤2：拔销通过在节点上应用DOF位移边界条件的方法，将销子从长方体中拔出1.7个单位。清楚地产生自动时间分步来确保求解收敛。在求解期间阅读每一个第10步子步骤。交互式的求解过程1 建立几何结构1.1 创建长方体1 Main Menu：PreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions2 分别输入X1=-2，X2=2，Y1=-2，Y2=2，Z1=2.5，Z2=3.5。3 按下OK按钮。4 Utility Menu：PlotCtrlsPan，Zoom，Rotate。5 按下Pan-Zoom-Rotate窗口内的ISO按钮。6 关闭Pan-Zoom-Rotate窗口。1.2 创建销孔耦合面（长方体上的孔）通过定义半径和深度的方法创建圆柱体。1 Main Menu：PreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimensions。2输入RAD1=0.49，Z1=2.5，Z2=4.5。3按下OK按钮。232下面将圆柱体从长方体中挖除。4Main Menu：PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes。5选择长方体作为将要进行挖除操作的基底体积。6按下Apply按钮（在选择菜单上）。7 选择圆柱体作为将要挖除的体积。8 按下OK按钮（在选择菜单上）。9 Utility Menu：PlotReplot。1.3 创建销子通过定义半径和深度的方法创建圆柱体。1Main Menu：PreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimensions。2输入RAD2=0.5，Z1=2，Z2=4.5。3按下OK按钮。4Utility Menu：PlotCtrslNumbering。8765将Volume numbering项设置为On。6按下OK按钮。7Utility Menu：PlotReplot。1.4 创建四分之一对称模型1 Utility Menu：WorkPlaneDisplay Working Plane（选中）2Utility Menu：WorkPlaneWP Settings。3选择WP Settings窗口内的Grid and Triad选项。4按下OK按钮。将工作平面沿Y方向旋转90并将所有体积分成两部分。5Utility Menu：WorkPlaneOffest WP by Increments。6将角度滚动条滑到90作为旋转的角度。7按下下面一组按钮中的+Y按钮。8按下OK按钮。9Main Menu：PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolu by WrkPlane。10按下选择菜单上的Pick All按钮。11Utility Menu：PlotReplot。12Toolbar：SAVE_DB。删除体积以创建半个对称模型。13Main Menu：PreprocessorModelingDeleteVolu and Below。14选择分别代表销子和长方体右半部的两个体积。15按下OK按钮（在选择菜单上）。16Utility Menu：PlotReplot。1414将工作平面沿X方向旋转90并将所有体积再次分成两部分。17Utility Menu：WorkPlaneOffest WP by Increments。18按下Offest WP 窗口内的+X按钮。19按下OK按钮。20Main Menu：PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolu by WrkPlane。21按下选择菜单上的Pick All按钮。22Utility Menu：WorkPlaneDisplay Working Plane（取消）23Utility Menu：PlotReplot。24Toolbar：SAVE_DB。删除体积以创建四分之一对称模型。25Main Menu：PreprocessorModelingDeleteVolu and Below。26选择分别代表销子和长方体上半部的两个体积。27按下OK按钮（在选择菜单上）。28Utility Menu：PlotReplot。29Toolbar：SAVE_DB。26262定义材料特性和单元类型2.1 定义固体体积的单元类型1 Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。2 按下Element Type窗口内的 Add按钮。3 选择Structural-Solid单元库。4 选择Brick 20node 95单元类型。5 按下Apply按钮完成单元类型的添加。再选择Brick 20node 95添加为单元2 。select Contact 3D target 170 Apply select Contact 8 nd surf 174 OK单击Type 4 CONTA174(变成深蓝色)选择Ooptions在K10的下拉列表中选择Each iteration(PAIR ID based) 在K12的下拉列表中选择No.Sep (always)OK (back to Element Types window) Close (the Element Type window)。6 关闭单元类型对话框。2.2 定义材料特性1 Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。2 双击材料定义窗口右侧列表内的StructuralLinearElasticIsotropic。3 在材料特性窗口内输入36e6给EX（杨氏模量），输入0.27给PRXY（泊松比）。4 PreprocessorMaterial PropsMaterial Models StructuralFriction CoefficientMU:输入0.25 按下OK按钮。3产生网格3.1用扫略方法划分三维体单元1 Main Menu：PreprocessorMeshingMesh AttributesDefault AttribsTYPE:选择1 SOLID95MAT：后选择1OK32 Main Menu：PreprocessorMeshingMesh Tool。3 按下Size Controls-Global-Set按钮。在SIZE后输入0.08OKClose4 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Meshing Mesh Volume Sweep Sweep select 1(四分之一圆柱体) OK5 Main Menu：PreprocessorMeshingMesh AttributesDefault AttribsTYPE:选择1 SOLID95MAT：后选择2OK36 Main Menu：PreprocessorMeshingMesh Tool。按下Size Controls-Global-Set按钮。在SIZE后输入0.1。ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Meshing Mesh Volume Sweep Sweep select 3(四分之一块体) OK3.2定义接触1 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes TYPE select 3 TARGE170, MAT select 1 OK 2 Main Menu：PreprocessorModelingCreateContact Pair按Contact Wizard按钮。23473 选择左侧复选框内的Areas选项。4 按下向导窗口内的Pick Target按钮。5 在图形窗口内，选择长方体上的销孔的耦合表面即面24或是在选择框中直接输入24。6 按下选择菜单上的OK按钮。7 按下向导窗口内的Next按钮。58 选择向导窗口内的Areas选项。9 按下向导窗口内的Pick Contact按钮。10在图形窗口内，选择销子上的耦合面，即面号为20的面，或是在选择框中输入20。1011按下选择菜单上的OK按钮。12按下向导窗口内的Next按钮。13输入1给材料ID。14输入0.2给Coefficient of Friction。15选择Include Initial Penetration选项。16按下Creat按钮,17. 按下Finish按钮。1315141623关闭接触管理器窗口。24Utility Menu：PlotAreas。4施加位移边界条件4.1 在（四分之一）体积上应用对称约束1Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Areas，第二个下拉列表中选择By Location,然后选中下面的X coordinates 然后在编辑框中输入0 (表示选择坐标值X为0位置上的面)OK2Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B. C.On Areas。3按下pick ALL按钮。4. Utility Menu:Select Eyerything4.2 定义长方体上的边界约束1Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Areas，第二个下拉列表中选择By Location,然后选中下面的X coordinates 然后在编辑框中输入0 (表示选择坐标值X为0位置上的面)OK。22 Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas。按钮。3 选择列表内的All DOF选项。4 在文本框内输入0作为位移值。5 按下OK按钮应用约束。4.3 定义节点耦合1 Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Areas，第二个下拉列表中选择By Location,然后选中下面的Z coordinates 然后在编辑框中输入4.5 (表示选择坐标值Z为4.5位置上的面)Apply。然后在第一个下拉列表中选择Nodes，第二个下拉列表中选择Attatched toAreas,allOK2 显示节点：Plot Nodes 3 ANSYS Main Menu: Preprocessor Coupling/CeqnCouple DOFspick AllNSET后输入1在Lab后的下拉列表中选择UZOK4 Utility Menu:Select Eyerything5 显示面积：Plot Areas5求解5.1设置求解选项1. 设置求解类型：Main Menu：SolutionAnalysis TypeNew AnalysisStaticOK2. 激活完全Newton-Raphson并打开大位移模式. Main Menu：SolutionAnalysis TypeAnalysis Options(如果打开菜单后没有看到Analysis Options选项，那么按下Main Menu：Solution中的Abrideged Menu按钮，使菜单全部展开，再找到Analysis Options)在NROPT：Newton-Rapshon option 后的下拉列表中选择Full N-R，同时将NLGEOM后的选项设置为onOK。.3. 激活线性搜索: ANSYS Main Menu: Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln ControlsNonlinear将Line serch 后的选项设置为on. 4. 采用pcg算法: Main Menu：SolutionAnalysis TypeSoln Controls选中Soln Options选项卡选中Pre-Condition CGOK5.2过盈装配分析 1. 指定ramped（线性过渡）载荷条件: Main Menu:SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime - Time StepKBC选项Stepped or ramped b.c 后选择ramped OK 2. 设置求解步长Main Menu：SolutionAnalysis TypeSoln Controls选中Basic选项卡在Time at end of loadstep 后输入100选中Number of substeps 选项，在Number of substeps后输入1（加载的步数）OK3. 关闭自动时间步长Main Menu：SolutionAnalysis TypeSoln Controls选中Basic选项卡在Automatic time stepping 项选中OffOK 4. 求解（这个求解过程需要一段时间，请等待）：ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK Close5. Utility Menu：PlotReplot234565.3给定拔销位移1. Utility Menu：SelectEntities选择Nodes选择By Location选择Z coordinates选项在Min, Max下的文本框内输入4.5Apply然后在第一个下拉列表中选择Nodes，第二个下拉列表中选择Attatched toAreas,allOK2. Main Menu:SolutionDefine loads ApplyStructuralDisplacementOnNodes pick All在Lab2中选择UZ在VALUE后输入1.7 作为位移值OK。3.Utility Menu:Select Eyerything 5.4定义拔销过程分析选项并将结果写入文件1 Main Menu：SolutionAnalysis TypeSoln Controls2 给Time at end of load step输入200。3 将Automatic time stepping设置为ON。4 给Number of substeps输入100。5 给Maximum number of substeps输入数值10000。6 给Minimum number of substeps输入数值10。7 选择Write every Nth substep项。8 在“where N = ”后输入-10。9 按下OK按钮应用设置并关闭该对话框。10Utility Menu：SelectEverything324567895.5 拔销过程分析求解（这个求解过程需要一段时间，请等待）Main Menu：SolutionSolveCurrent LS。1 阅读状态窗口中的信息，然后用窗口内的File-Close命令将窗口关闭。2 按下OK按钮关闭对话框并开始求解。3 关闭求解结束时出现的信息窗口。6.后处理6.1四分之一模型扩展到整个体积1 Utility Menu：PlotCtrlsStyleSymmetry ExpansionPeriodic/Cyclic Symmetry。2 选择1/4dihedral Sym选项。3 按下OK按钮。4 Utility Menu：PlotElements。5 Toolbar：SAVE_DB。6.2过盈装配分析1 读入第一步载荷步结果：Main Menu：General PostprocRead ResultsBy Load Step。2 在LSTEP后的文本框内输入数值1。3 按下OK按钮。4 显示等效位移云图Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SolutionDOF Solution选中Displacement vector sum 在第一个下拉列表中选择第3项Deformed shape with undeformed edgeOK5 选择销轴：Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Elements，在第二个下拉列表中选择By Attributes,然后选中下面的Elem type num 然后在编辑框中输入1(表示选择单元类型为1的销轴)OK6 显示销轴等效应力云图：Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solution在左侧列表框中选择Stress作为要研究的项目拖动右侧列表框的滚动滑块选择von Mises（SEQV）OK7. Utility Menu:Select Eyerything8. 选择块体：Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Elements，在第二个下拉列表中选择By Attributes,然后选中下面的Elem type num 然后在编辑框中输入2(表示选择单元类型为2的块体)OK9. 显示块体等效应力云图：Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solution在左侧列表框中选择Stress作为要研究的项目拖动右侧列表框的滚动滑块选择von Mises（SEQV）OK10. Utility Menu:Select Eyerything6.3拔销分析1 读入第二载荷步最后子步结果：Main Menu：General PostprocRead ResultsBy Load Step在LSTEP后的文本框内输入数值2按下OK按钮11. 显示Z方向位移云图：Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SolutionDOF Solution选中Z-Component of displacement在第一个下拉列表中选择第3项Deformed shape with undeformed edgeOK 12. 选择销轴：Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Elements，在第二个下拉列表中选择By Attributes,然后选中下面的Elem type num 然后在编辑框中输入1(表示选择单元类型为1的销轴)OK13. 显示销轴等效应力云图：Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solution在左侧列表框中选择Stress作为要研究的项目拖动右侧列表框的滚动滑块选择von Mises（SEQV）OK14. Utility Menu:Select Eyerything15. 选择块体：Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Elements，在第二个下拉列表中选择By Attributes,然后选中下面的Elem type num 然后在编辑框中输入2(表示选择单元类型为2的块体)OK16. 显示块体等效应力云图：Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solution在左侧列表框中选择Stress作为要研究的项目拖动右侧列表框的滚动滑块选择von Mises（SEQV）OK17. Utility Menu:Select Eyerything6.4拔销分析步第16子步结果1 读入第二载荷步最后子步结果：Main Menu：General PostprocRead ResultsBy Load Step在LSTEP后的文本框内输入数值2在SBSTEP后输入16按下OK按钮18. 显示Z方向的位移云图Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SolutionDOF Solution选中Z-Component of displacement 在第一个下拉列表中选择第3项Deformed shape with undeformed edgeOK19. 选择销轴：Utility Menu:Select Entities在第一个下拉列表中选择Elements，在第二个下拉列表中选择By Attributes,然后选中下面的Elem type num 然后在编辑框中输入1(