3_APDL基础及仿真理论_solid单元的接触分析

 

背景说明：两个半径均为100mm，的正交圆柱体发生正接触，作用在两圆柱接触体法线方向上的压力总和1000N，两圆柱体均为钢制分析两圆柱的接触情况。

                                             

分析思路：对模型进行对称约束，施加载荷后要进行节点自由度耦合，使加载面的所有节点能在承载后具有相同的Y方向位移，并且在变形后仍然保持为水平平面。

总结：

1. 如果不进行节点耦合，结构变形会产生刚性位移，造成不收敛。但是节点耦合造成了变形不符合实际情况，即忽略了施力面的泊松比造成的影响。

2. 由面网格生成体网格，几何只有面，有限元模型是体，需要定义网格单元，定义拉伸的目标单元，对拉伸选项做出设置。

3. 接触部分的细分十分重要，也是收敛的影响因素。

 

! 本次学习重点：

!1、命令流的复杂建模

!重点学习下建模。因为前处理尽可能用WB，所以这里也是规则模型。还是太不好用了。我选择狗带。

!2、接触的定义。

!Ansys依据实常数识别接触对，接触对要具有同样的实常数定义。而且命令流是根据选择的单元来定义接触单元。GUI操作，也不麻烦。

!3、分析步数的设定

!非线性分析时步数设置，线性搜索，自动步长，定义子步。

 

!求解解析解

finish

/clear

 

f=1000

e=200

r=100                  !命令不区分大小写，参数也不区分大小写。

p=2.45*(f*e**2*((r+r)/(r*r))**2)**(1/3)    !接触应力的解析解61.73，有限元法结果59.9MPa

!正式分析命令流

finish

/clear

 

/prep7           !进入前处理

et,1,solid185

et,2,mesh200

keyopt,2,1,6      !查看help中关于mesh200和keyopt的解释，KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALUE。此处意思为定义了mesh(2)为4 nodes的四边形单元(1,6)。

 

mp,ex,1,2e11

mp,prxy,1,0.3       !定义et 1的材料属性，Elastic moduli 和Poisson's ratios，（lab，mat，co）

                    !lab这里是系统规定的，输出结果表格时lab是可以自定义的。

 

cyl4, , , 100, , ,90       !在原点，创建一个r100的1/4圆面

cyl4, ,200,100, , ,-90     !在(0,200)，创建一个r100的1/4圆面

wpoff,10               !workplane向X移动10

wprota, , ,90          !workplane绕Y轴旋转90度

asbw,all               !用workplane切分面

 

esize,10,0          !定义线的网格尺寸10，这里0表示均分，定义了尺寸后，此值无意义

mshape,0,2D         !划分为四边形的2D网格

mshkey,0            !自由划分

amesh,all           !划分面网格

 

 

ksel,s, , ,2        !选择关键点2

ksel,a, , ,4        !再选关键点4，这时候选了KP2和4

krefine,all, , ,3   !关键点2和4处细化，细化等级为3

 

CSYS,5             !转化坐标系，Y轴为旋转轴的圆柱坐标系。特烦坐标系换来换去的

asel,s, , ,4,6,2   !选择4、6两个面

agen, ,all, , , ,90, , , ,1    ! 面2和4绕Y旋转90度。gen表示generate,CSYS0下就是平移

 

CSYS,0             !转换坐标系为cartesian坐标系

asel,s, , ,4,6,2   !选择4、6两个面

arsym,z,all, , , ,0,0    !对称生成面，xy平面对称，0,0是保留原面，保留网格信息

 

asel,s, , ,3,5,2   !选择3、5两个面

arsym,x,all, , , ,0,0    !对称生成面，yz平面对称，0,0是保留原面，保留网格信息

 

eplot

/view,1,1,1,1

/replot

asel,s, , ,1,2

asel,a, , ,4,6,2     !选择面1,2,4,6

agen, ,all, , ,50, ,50, , ,1        !平移选择面，x50，y50

 

asel,s, , ,1,2

asel,a, , ,4,6,2     !选择面1,2,4,6

allsel,below,area

nummrg,node

nummrg,kp           !合并1246面上的节点

allsel,all        !此处全选，为了进行下一步的选择工作

 

asel,s, , ,3,7,2

asel,a, , ,8     !选择面3,5,7,8

allsel,below,area

nummrg,node

nummrg,kp           !合并1246面上的节点

allsel,all

 

type,1

mat,1

extopt,esize,10,0      !均分10份

extopt,aclear,0

extopt,attr,0,0,0      !定义生成体的特性

 

 

asel,s, , ,3,7,2

asel,a, , ,8     !选择面3,5,7,8

vext,all, , , , , 100, , , ,     !向Z拉伸100

 

asel,s, , ,1,2

asel,a, , ,4,6,2     !选择面1,2,4,6

vext,all, , , -100, , , , , ,     !向-X拉伸100

 

 

!建模完成，开始定义接触单元

 

mp,mu,1,                 !et1的摩擦系数为0   不是两者之间的摩擦系数？

r,3                        !定义实常数3，是为了让170和174单元同属一个实常数，识别他们的接触对。因为ansys里同一个接触对的单元实常数相同。

real,3                    !选择实常数3

et,3,170          !定义目标单元TARGE170

et,4,174          !定义接触单元CONTA174

keyopt,4,9,0      !包括由几何和接触面偏移产生的初始穿透，也是缺省值0.

keyopt,4,10,0     !禁止闭合的单元进行刚度修正，也是缺省值0.  可以不用定义，此处为了方便对接触的理解。

 

asel,s, , ,27   !ASEL, Type, Item, Comp, VMIN, VMAX, VINC, KSWP。sel的命令要熟记

asel,a, , ,31,33,2                

asel,a, , ,37     !选择面27,31,33,37

type,3

nsla,s,1          !选择面和线上的所有点，节点，关键点

esln,s,0          !选择已选择节点相关的所有单元

esurf             !创建TARGE170

 

asel,s, , ,10  

asel,a, , ,14

asel,a, , ,20               

asel,a, , ,23     !选择面10,14,20,23

type,4

nsla,s,1          !选择面和线上的所有点，节点，关键点

esln,s,0          !选择已选择节点相关的所有单元

esurf             !创建CONTA174

 

allsel         !方便下一步操作

 

 

 

!定义接触完成，开始加载约束条件

asel,s, , ,9,21,4       !选择面9,13,17,21

da,all,uz,              !约束uz

 

asel,s, , ,12  

asel,a, , ,16

asel,a, , ,18               

asel,a, , ,22     !选择面12,16,18,22

da,all,uy

dl,26, ,ux        !约束面uy，l26ux。DL, LINE, AREA, Lab, 比da多了一个面选择。

 

asel,s, , ,1,2               

asel,a, , ,4,6,2     !选择面1,2,4,6

da,all,ux

dl,47, ,uz        !约束面ux，l47uz。

 

asel,s, , ,26,38,4     !选择面26,30,34,38

nsla,s,1               !选择面上所有点,为了后续耦合自由度

sfa,all,1,pres,0.05     !surface loads

cp,1,uy,all             !耦合自由度？为啥耦合自由度？难道施加压力的方向不能作为依据？结构不对称造成模型节点异常，必须cp加点位移

 

allsel,all

 

finish

 

/solu

lnsrch,1           !线性搜索 Ui+1 = Ui + S*D,通过自动调整S值，提高迭代效率。

nsubst,5,10,3    !number of substeps,5步，最大10，最小3

kbc,0              !ramping loads，默认设置

outres,all,all     !输出所有子步结果，默认设置

 

solve

finish

/post1              !进入后处理

plnsol,cont,pene,0,1.0     !显示接触渗透云图  0表示不显示未变形，1.0变形比例

plnsol,cont,pres,0,1.0     !显示接触应力云图 

finish

 

/eof