有限元原理及应用 课程设计

1、有限元原理及应用有限元课程大作业一、问题描述销和销孔接触问题，插销半径r=0.25cm,长度L=2.5cm,插座宽度 W=4cm，高度H=4cm，厚度t=1cm，插孔半径r=0.49cm，插销和插座 材料弹性模量E=3.6*107N/cm2，泊松比=0.3。计算插销拨拉过程中 插销和插座体内的应力分布以及接触压力大小。二、简化模型由于插孔的半径比插销的半径要小，所以在插销装配到插座时插 销和插座内都会产生装配预应力。要分析拨拉过程的应力分析，首先 要得到预应力的分布。由于装配体结构的对称性，我们可以取模型的 四分之一来进行分析，并分成两个载荷步来求解。第一个载荷步时观 察擦汗小接触面的应力，第

2、二个载荷步时观察插销拨拉过程中的应 力，接触压力和反力等。三、建立有限元模型1 .实体建模首先生成插座：执行直接生成块命令，输入相关参数生成插座立 方体；生成圆柱体：执行直接生成圆柱体命令，输入参数生成圆柱体；生成插孔：执行布尔操作，用生成的插座立方体挖去圆柱体，生 成插孔；生成插销：执行直接生成圆柱体命令，输入参数生成圆柱体；完成建模的几何模型见图1。切分掉模型1/4：通过设置工作平面，来切分模型;切分以后的几何模型见图2。VOL WESVOLU NUMANJUL 19 201318:31:42Tli Ziang_Pin and Pin HoleAREASTYPE NUMUANJUL 19

3、2 01319:09:04Tu Ziang_Pin and Pin Hole划分网格定义单元类型：选择创建“Structural Solid”和“Brick8node185”两种单元类型；定义材料（弹性模量，泊松比）：ANSYS Main Menu: Preprocessor一Material Props 一Material Models 一Structural Linear ElasticIsotropic ；网格密度设置：插销单元和插销座单元网格密度分别设置;设置单元形状和网格划分方法，划分网格后模型见图3。ELEMENTSANJUL 19 201319 : 45 : 14ffl3Tu X

4、iang_Pin and Pin Ho 1 e.四、加载和求解建立接触单元设置插销孔的接触面为第一个接触面，圆柱插销的接触面为第二个接触面，设置面面接触，生成接触面。定义位移约束施加对称位移约束：在插座和插座销被切分出来的四个面上施加对称位移约束；施加面约束：插座左侧面添加面约束，固定该面所有自由度。对第一个载荷步求解设置求解选项，求解插销和插销座的装配预应力。对第二个载荷步求解设置求解选项，求解插销和插销座拨拉过程。五、后处理1.设置扩展模式调用扩展模式，扩展后的模型见图4。2.装配预应力读入第一个载荷步的计算结果;绘制装配应力图见图5,扩展后的应力图见图6。NODAL SOLUTIONST

5、EPl SUB =100TIMElUOSEQV (AVG)DPK =-006428SMN =944.672SPK =537176ANJUL 19 2 U1321:03:41944.67212010723927035843347759560526179689298851418014537176Tu Miang_Pin and Pin HoleNODAL SOLUTIONSTEP=1 SUB =100 TIME=100 /EXPANDEDSEQV (AVG)DMX =.006428 SMN =944.672 SMX =537176ANJUL 19 2 U1321:39:39944.67212010

6、72392703.58433477.59560526179689298851418014537176Tu Xiang_Pin and Pin Hole读入某时刻计算结果，绘制接触面压力云图，见图7。1NODAL SOLUTIONTIME=12U /EXPANDEDANJUL 19 2 U1321:42:219375918751828127737.5 03646879140638234397328156421915Tu Xiang Pin and Pin Hole图 7拨拉过程读入第二个载荷步的计算结果，选择所有模型，绘制插销拨出时 的应力云图，见图8。NODAL SOLUTIONSTEP=2 SUB =15 TIME=200/EXPANDEDSEQV (AVG)DMX =1.7SMN =.095617SMX =6261ANJ