有限元大作业

1、机械工程有限元法课程作业 PAGE 机械工程有限元法课程作业任课教师：xxx 学生姓名：* 学 号:000000时 间：2010-6-29 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc265674140 一.问题描述与分析 PAGEREF _Toc265674140 h 1 HYPERLINK l _Toc265674141 二. ANSYS操作过程与方法 PAGEREF _Toc265674141 h 1 HYPERLINK l _Toc265674142 1. 建立模型包括确定作业名和标题 PAGEREF _Toc265674142 h 1 HYPERLINK l _T

2、oc265674143 2. 定义单元类型 PAGEREF _Toc265674143 h 2 HYPERLINK l _Toc265674144 3. 定义材料属性 PAGEREF _Toc265674144 h 2 HYPERLINK l _Toc265674145 4. 创建几何模型、划分网格 PAGEREF _Toc265674145 h 3 HYPERLINK l _Toc265674146 5. 建立接触对 PAGEREF _Toc265674146 h 3 HYPERLINK l _Toc265674147 6. 加载求解 PAGEREF _Toc265674147 h 4 HY

3、PERLINK l _Toc265674148 7. 查看求解结果 PAGEREF _Toc265674148 h 6 HYPERLINK l _Toc265674149 三.有限元分析结果 PAGEREF _Toc265674149 h 7 HYPERLINK l _Toc265674150 1. 加载情况下的应力应变 PAGEREF _Toc265674150 h 7 HYPERLINK l _Toc265674151 2. 卸载情况下的应力应变 PAGEREF _Toc265674151 h 8 HYPERLINK l _Toc265674152 附录； APDL命令流 PAGEREF

4、_Toc265674152 h 9 PAGE 11一.问题描述与分析如图1所示，一个刚性压头以一定压力压入一块圆板，该问题为一典型赫兹接触问题，用力控制加载，具有大塑性变形。圆板材质为铜，弹性模量E=1.6E6 Pa, 泊松比 =0.33，应力应变曲线如图2所示，曲线上各点对应的数值见表1，加载最大压力为3.5x106 N/m2。图1 接触模型 图2 铜的应力应变曲线 表1 铜的应力-应变关系应力(Pa)1041.5x1042.1x1042.9x1043.26x1043.47x1043.625x1043.9x1044.025x104应变(%)0.006250.00250.0050.0100.0

5、150.0200.0400.1000.200由于研究对象为轴对称结构，为简化计算采用平面模型。采用刚柔接触模式，压头为刚性体，铜板为柔性体，载荷通过刚体的控制节点分多步加载，而后卸载，考察铜板在压头压入后的接触应力和塑性形变，以及卸载后的残余应力和形变。二. ANSYS操作过程与方法1. 建立模型包括确定作业名和标题 GUI路径：Utility Menu FileChange Jobname， 打开“Change Jobname”对话框，如图2所示，在“Enter new jobname”文本框中输入“contact”,单击OK按钮，完成文件名的修改；GUI路径：Utility MenuFil

6、eChange Title，打开“Change Title”对话框，在文本框中输入“CONTACT STRESS ANALYSIS”如图4所示，单击OK按钮，作为标题名。图3 修改文件名 图 4 修改标题名2. 定义单元类型铜板模型选用八节点四边形板单元PLANE182，接触对单元选用TARGET169和CONTACT171（1）GUI路径：Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，打开“Element Types”对话框，单击Add按钮，打开“Library of Element Types”，如图4，在左边的列表框中选择“Soli

7、d”选择，选择实例单元类型，在右边的列表框中“8node 182”选项，选择八节点四边形板单元PLANE182。图 5 定义单元类型（2）通过类似操作添加单元TARGET169和CONTACT1713. 定义材料属性（1）GUI路径：Main MenuPreprocessorMater PropsMateria Model命令，打开“Define Material Model behavior”窗口，如图5所示。（2）依次双击“StructuralLinearElasticIsotropic”，展开材料属性的树形结构。将打开的1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框，在“EX”文本框

8、中输入弹性模量16E6，在“PRXY”文本框中输入泊松比0.33，在“MU”文本框中输入摩擦系数0.3，单击X按钮。（3）依次双击“StructuralNonlinearElasticMultilinear Elastic”，在表格中依次输入表1中的应力-应变值，在单击X按钮，退出定义材料模型属性窗口，完成对材料模型属性的定义。图 6 定义材料属性4. 创建几何模型、划分网格（1）几何建模GUI路径：Main MenuPreprocessor ModelingLines，依次通过输入关键点，构造直线和曲线，进而生成面，完成模型的创建。 （2）网格划分GUI路径：Main MenuPreproc

9、essorMeshing Meshtool，激活网格划分向导，在Size controlsLines中点击Set对模型各直线进行细划，而后点击Mesh：Areas进行自由网格划分。图 7 有限元网格划分5. 建立接触对（1）GUI路径：GUI路径：Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，依次选择TARGET169和CONTACT171，点击ADD，完成实常数设置。 图 8 实常数设置 （2）GUI路径：Main MenuPreprocessorModelingCreatContact Pair，激活接触对创建向导，点击Contact

10、 Wizard，根据提示依次选择目标面，接触面，控制节点和接触参数，完成接触对的创建。图 9 建立接触6. 加载求解（1）分析类型设置GUI路径：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，出现New Analysis对话框，如图14，选择分析类型Static，单击OK按钮关闭对话框。图 10 选择分析类型（2）载荷步设置GUI路径：Main MenuSolutionAnalysis TypeSonl control命令，出现Solution Control对话框，如图11进行载荷步设置，单击OK按钮关闭对话框。图 11 载荷步设置（2）施加边界条件G

11、UI路径：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，选择位于模型底部的所有节点，在施加约束对话框中选择UY，单击OK按钮关闭对话框。图 12 施加边界条件（2）施加节点载荷GUI路径：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes，选择控制节点，在施加载荷对话框中选择UY，constant value，-20000单击OK按钮关闭对话框。图 13 施加节点载荷（3）求解GUI路径：Main MenuSolutionSolveC

12、urrent LS，求解完毕后保存所有文件。7. 查看求解结果GUI路径：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，可以查看各项应力，应变计算结果的分布云图。 图 14 查看结果三.有限元分析结果1. 加载情况下的应力应变图 15 正应力 图 16范米塞斯应力图17 接触压力 图 18 等效总形变 图19 等效塑性形变2. 卸载情况下的应力应变 图 20 残余正应力 图 21 残余范米塞斯应力附录； APDL命令流!*定义文件名,标题,几何尺寸/FILNAME,contact01,1/TITLE,CONTACT ST

13、RESS ANALYSIS/PREP7 THICK=0.25RADIUS=0.75 CONTACT=0.3 LENGTH=1.0 !*定义单元和实常数ET,1,182,1,2 ET,2,169 ET,3,171 R,2,0,0,1,0.1 RMORE,0.1,0.01 !*材料特性MP,EX,1,16E6 MP,NUXY,1,0.33 MP,MU,1,0.3 TB,MISO,1,0,9TBPT,0.000625,10000TBPT,0.0025,15000 TBPT,0.005,21000 TBPT,0.01,29000 TBPT,0.015,32600 TBPT,0.02,34700 TBP

14、T,0.04,36250 TBPT,0.10,39000 TBPT,0.20,40250!*几何建模与网格划分K,1 K,2,CONTACT K,3,LENGTHKGEN,2,1,3,1,THICK,3A,1,2,5,4 A,2,3,6,5 TYPE,1 MAT,1 LESIZE,4,10 LESIZE,2,10 LESIZE,6,10 LESIZE,1,12 LESIZE,3,12 LESIZE,5,12,5 LESIZE,7,12,1/5 AMESH,ALL ARSYM,X,ALL NUMMRG,ALL ASEL,NONE LSEL,NONEWPAVE,THICK+RADIUSCSWPLA,11,1 K,20,RADIUS,180 K,21,RADIUS,-90 K,22,RADIUS,0 K,23,0,0 L,20,21 L,21,22 !*创建接触对TYPE,2 REAL,2 LMESH,ALL KMESH,23 KSEL,S,KP,23 NSLK,S*GET,N_LOAD,NODE,NUM,MAXALLSCSYS,0 NSEL,S,LOC,Y,THICK