基于Ansys&Workbench的接触分析例子1
前面一篇基于Ansys经典界面的接触分析例子做完以后，不少朋友希望了解该例子在Workbench中是如何完成的。我做了一下，与大家共享，不一定正确。毕竟这种东西，教科书上也没有，我只是按照自己的理解在做，有错误的地方，恳请指正。
1．问题描述
一个钢销插在一个钢块中的光滑销孔中。已知钢销的半径是0.5 units,
长是2.5 units，而钢块的宽是4 Units, 长4 Units,高为1 Units,方块中的销孔半径为0.49
units,是一个通孔。钢块与钢销的弹性模量均为36e6，泊松比为0.3.
由于钢销的直径比销孔的直径要大，所以它们之间是过盈配合。现在要对该问题进行两个载荷步的仿真。
（1）要得到过盈配合的应力。
（2）要求当把钢销从方块中拔出时，应力，接触压力及约束力。
2．问题分析
由于该问题关于两个坐标面对称，因此只需要取出四分之一进行分析即可。
进行该分析，需要两个载荷步：
第一个载荷步，过盈配合。求解没有附加位移约束的问题，钢销由于它的几何尺寸被销孔所约束，由于有过盈配合，因而产生了应力。
第二个载荷步，拔出分析。往外拉动钢销1.7
units，对于耦合节点上使用位移条件。打开自动时间步长以保证求解收敛。在后处理中每10个载荷子步读一个结果。
本篇只谈第一个载荷步的计算。
3．生成几何体
上述问题是ANSYS自带的一个例子。对于几何体，它已经编制了生成几何体的命令流文件。所以，我们首先用经典界面打开该命令流文件，运行之以生成四分之一几何体；然后导出为一个IGS文件，再退出经典界面，接着再到WORKBENCH中，打开该IGS文件进行操作。
（3.1）首先打开ANSYS APDL14.5.
（3.2）然后读入已经做好的几何体。从【工具菜单】--&【File】--&【Read Input
From】打开导入文件对话框
找到ANSYS自带的文件
\Program Files\Ansys
Inc\V145\ANSYS\data\models\block.inp
【OK】后四分之一几何模型被导入，结果如下图
（3.3）导出几何模型
从【工具菜单】】--&【File】--&【Export】打开导出文件对话框，在该对话框中设置如下
即把数据库中的几何体导出为一个block.igs文件。【OK】以后该文件被导出。
（3.4）退出ANSYS APDL14.5.
选择【OK】退出经典界面。
4．打开Ansys WorkBench，并新建一个静力学分析系统。
结果如下图
导入几何体模型。在Geometry单元格中，选择Import Geometry
--&Browse，如下图
找到上一步所生成的block.igs文件。则该静力学系统示意图更新如下。可见，几何单元格后面已经打勾，说明文件已经关联。
5．浏览几何模型
双击Geometry单元格，打开几何体。在弹出的长度单位对话框内，选择米（Meter）的单位。
然后按下工具栏中的Generate按钮如下图
则主窗口中模型如下图
可见，长方形的变长是2m，这与题目中给定的大小是一致的。
然后退出DesignModeler，则又重新回到WorkBench界面中。
6．定义材料属性
双击Engineering
Data，则默认材料是钢材。这里直接修改该钢材的属性即可。只有线弹性材料属性：弹性模量36E6和泊松比0.3
然后在工具栏中选择“Return To
Project”以返回到WorkBench界面中。
7．创建接触
在主窗口中分别选择目标面，接触面如下
然后对该接触的细节面板设置如下
（1）说明接触类型是带摩擦的接触，摩擦系数是0.2，是非对称接触
（2）指明法向接触面的刚度因子是0.1.
8．划分网格
双击Model单元格进入到Mechanical中。在mesh下面插入一个method，并设置该方法为Sweep
method.在其细节视图中选择Geometry为两个物体。则ANSYS会对这两个物体按照扫描方式划分网格。
在Mesh下面再插入一个尺寸控制，用于控制钢销的两个直角边为3等分。
在Mesh下面再插入另外一个尺寸控制，用于控制钢销的1个圆弧边为4等分。
按下Generate 后，则生成的有限元模型如下图。
9．设置边界条件
设置四个面为对称边界条件
然后还要固定钢块的一个面
此时模型树的结构如下图
10．进行求解设置
进行分析设置
其中，（1）意味着只有一个载荷步，该载荷步也只有一个载荷子步，关闭了自动时间步长，该载荷步结束的时间是100.
（2）的意思是打开大变形开关。
在右键菜单中选择Solve进行计算。
12．后处理
查看总体的米塞斯应力如下图
可见，最大的应力是0.46Mpa左右，而在经典界面中得到的最大米塞斯应力是0.29Mpa。这主要应该是由于两边的网格划分不一致所导致的。
查看接触处的状态（只考察接触面）
下面是接触处的渗透图
可见，最大渗透量是4.78mm，这与经典界面中的同样有区别。
下图是接触压力
大致为0.26Mpa，同样比经典界面要大。
可见，这里给出的各个应力都要比经典界面大，但是都在一个量级上，一般来说，这应该是网格划分不相同的结果。如果进一步细分网格，无论经典界面还是Workbench均应该收敛到同一个值。
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你可能喜欢ANSYS&Workbench五种接触类型浅析
Workbench中提供了5种接触类型，单从字面上很难理解这几种接触的区别，下面将帮助中关于这几个接触类型的描述翻译出来，供参考:
Bonded（绑定）:这是AWE中关于接触的默认设置。如果接触区域被设置为绑定，不允许面或线间有相对滑动或分离。可以将此区域看做被连接在一起。因为接触长度/面积是保持不变的，所以这种接触可以用作线性求解。如果接触是从数学模型中设定的，程序将填充所有的间隙，忽略所有的初始渗透。
Separation（不分离）:这种接触方式和绑定类似。它只适用于面。不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。
Frictionless（无摩擦）:这种接触类型代表单边接触，即，如果出现分离则法向压力为零。只适用于面接触。因此，根据不同的载荷，模型间可以出现间隙。它是非线性求解，因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。假设摩擦系数为零，因此允许自由滑动。使用这种接触方式时，需注意模型约束的定义，防止出现欠约束。程序会给装配体加上弱弹簧，帮助固定模型，以得到合理的解。
Rough（粗糙的）:这种接触方式和无摩擦类似。但表现为完全的摩擦接触，即没有相对滑动。只适用于面接触。默认情况下，不自动消除间隙。这种情况相当于接触体间的摩擦系数为无穷大。
Frictional（有摩擦）:这种情况下，在发生相对滑动前，两接触面可以通过接触区域传递一定数量的剪应力。有点像胶水。模型在滑动发生前定义一个等效的剪应力，作为接触压力的一部分。一旦剪应力超过此值，两面将发生相对滑动。只适用于面接触。摩擦系数可以是任意非负值。
以上描述可能有点长，如果难以理解，下面有其他朋友总结的：
Bonded：无相对位移，如同共用节点。
No Separation：法向不分离，切向可以有小位移。
后面三种为非线性接触。
Frictionless：法向可分离，但不渗透，切向自由滑动。
Rough：法向可分离，不渗透，切向不滑动。
Frictional：法向可分离，不渗透，切向滑动，有摩擦力。
最后附上ANSYS Help中的原文，这是最权威的解释啦：
The differences in the contact settings determine how the
contacting bodies can move relative to one another. This is the
most common setting and has the most impact on what other settings
are available. Most of these types only apply to contact regions
made up of faces only.
Bonded: This is the default configuration and applies to all
contact regions (surfaces, solids, lines, faces, edges). If contact
regions are bonded, then no sliding or separation between faces or
edges is allowed. Think of the region as glued. This type of
contact allows for a linear solution since the contact length/area
will not change during the application of the load. If contact is
determined on the mathematical model, any gaps will be closed and
any initial penetration will be ignored.
No Separation: This contact setting is similar to the bonded
case. It only applies to regions of faces (for 3-D solids) or edges
(for 2-D plates). Separation of faces in contact is not allowed,
but small amounts of frictionless sliding can occur along contact
faces. [Not supported for Explicit Dynamics analyses.]
Frictionless: This setting models standar
that is, normal pressure equals zero if separation occurs. It only
applies to regions of faces (for 3-D solids) or edges (for 2-D
plates). Thus gaps can form in the model between bodies depending
on the loading. This solution is nonlinear because the area of
contact may change as the load is applied. A zero coefficient of
friction is assumed, thus allowing free sliding. The model should
be well constrained when using this contact setting. Weak springs
are added to the assembly to help stabilize the model in order to
achieve a reasonable solution.
Rough: Similar to the frictionless setting, this setting models
perfectly rough frictional contact where there is no sliding. It
only applies to regions of faces (for 3-D solids) or edges (for 2-D
plates). By default, no automatic closing of gaps is performed.
This case corresponds to an infinite friction coefficient between
the contacting bodies. [Not supported for Explicit Dynamics
analyses.]
Frictional: In this setting, two contacting faces can carry
shear stresses up to a certain magnitude across their interface
before they start sliding relative to each other. It only applies
to regions of faces. This state is known as "sticking." The model
defines an equivalent shear stress at which sliding on the face
begins as a fraction of the contact pressure. Once the shear stress
is exceeded, the two faces will slide relative to each other. The
coefficient of friction can be any non-negative value.
Choosing the appropriate contact type depends on the type of
problem you are trying to solve. If modeling the ability of bodies
to separate or open slightly is important and/or obtaining the
stresses very near a contact interface is important, consider using
one of the nonlinear contact types (Frictionless, Rough,
Frictional), which can model gaps and more accurately model the
true area of contact. However, using these contact types usually
results in longer solution times and can have possible convergence
problems due to the contact nonlinearity. If convergence problems
arise or if determining the exact area of contact is critical,
consider using a finer mesh (using the Sizing control) on the
contact faces or edges.&
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。基于ANSYS的汽车排气歧管密封性能研究--《辽宁工业大学》2016年硕士论文
基于ANSYS的汽车排气歧管密封性能研究
【摘要】：随着科技和经济迅猛发展,每个国家的汽车持有量逐年递增,汽车已成为人们日常生活和工作中必不可少的交通工具。由于现代汽车的发动机朝着小型化、高功率的方向发展,发动机排气行程所排废气的压力和温度也相应升高,这就对汽车排气歧管密封性能提出更高的要求。一旦在排气歧管和发动机缸盖密封处发生泄漏,会降低废气排出的压力,进而降低发动机的进气压力和对外输出功率,最终会影响发动机的工作状态并降低发动机的寿命。目前,CAD/CAE技术的运用不仅能够缩短产品的开发周期,降低成本更是企业设计水平和对现代科技方法运用的体现。本文主要采用逆向工程技术建立仿真模型,其中包涵点云数据的采集、点云数据的预处理、CAD模型曲面的重构以及曲面误差的检测等关键技术;然后将模型导入有限元分析软件模拟发动机的排气过程,并对仿真结果分析比较,从而对模型实施再修改,有效地将CAD技术和CAE技术相结合。本文以两种不同类型的排气歧管为基础,首先对汽车排气歧管和密封垫片的发展进行了阐述;其次,利用Pro/E软件完成排气歧管密封垫片的建模,利用逆向工程技术完成发动机缸盖及排气歧管的建模;对排气歧管系统进行模态分析,得到该系统的固有频率,并与发动机对外输出频率进行比较,进而判断两者之间不会发生共振,从而证明该因素不会影响排气歧管密封性能,同时为零件设计及其他动力学分析做好准备工作;模拟该系统的工作环境运用ANSYS Workbench软件完成热-结构耦合分析,依据排气歧管垫片的接触压力分布和变形以及排气歧管密封面的变形总结影响排气歧管密封性能的因素;最后,依据影响密封性能的因素,在排气歧管上添加加强筋,使排气歧管密封面的变形减小,从而使排气歧管密封垫片的变形减小,密封处的接触压力范围缩小至10Mpa以下,提高排气歧管的密封性能。本文利用现代科技方法,使排气歧管系统密封性能得到进一步改善,从而提高发动机的工作效率、输出功率和排放性能,提高企业在市场中的竞争力。
【学位授予单位】：辽宁工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2016【分类号】：U464.134.4
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