ANSYS三维面面接触分析实例
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基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题,它在很多实际应用中都具有关键作用。
接触分析能够帮助工程师设计和改进各种产品和结构,从而提高其性能和寿命,减少故障和事故的发生。
ANSYS作为一款强大的工程仿真软件,提供了多种接触分析方法和工具,为工程师们解决接触问题提供了便利。
本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。
二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种:解析方法和数值模拟方法。
解析方法基于一系列假设和理论分析,能够给出理论解析解,但局限于简单的几何形状和边界条件。
数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件,利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形情况,可以适用于复杂的几何形状和边界条件。
ANSYS软件采用的是数值模拟方法,它基于有限元法和多体动力学原理,可以使用接触元素来建立模型,模拟接触过程中的相互作用,得到接触点的应力、应变以及变形信息,从而分析接触的性能和行为。
接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。
三、接触分析方法1. 接触元素:ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择,包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。
用户可以根据具体的接触问题选择合适的接触元素,建立几何模型来模拟接触行为。
2. 接触定义:在ANSYS软件中,用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。
接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等;接触参数包括接触初始状态、接触刚度等;接触约束包括接触面间的约束条件等。
3. 接触分析:通过在ANSYS软件中建立模型,定义接触参数和加载条件,进行接触分析,得到接触点的应力、应变和变形信息。
可以通过分析结果来评估接触性能,发现可能存在的问题,并进行改进和优化。
四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域:在机械工程中,接触问题广泛存在于各种设备和结构中,如轴承、齿轮、支撑结构等。
ANSYSWorkbench接触分析案例详解本⽂由Workbench⼩学⽣授权转载这篇⽂章囊括了接触分析中常见的问题,并通过思考和验证,给出了解决⽅案和经验总结,相信朋友们按照这篇教程完整的⾛⼀遍分析过程,会对接触分析的理解更近⼀步。
1.建模。
条件:⼀个圆盘与⼀个矩形板,⽣成壳体。
注意:两者分析之前未接触。
2.选取材料。
进⼊材料库,选取⾮线性材料中的铝合⾦(Aluminum Alloy NL)注意:NL表⽰Nonlinear ,译为⾮线性。
3.进⼊分析模块,调出Properties选项4.修改分析类型,将Analysis type由3D改为2D5.双击Model进⼊分析界⾯,修改矩形板的材料为Aluminum Alloy NL,圆盘默认为结构钢(Structural Steel)6.参数设置(1)根据左侧outline依次向下添加(由于此分析不⽤添加局部坐标系,因此修改完材料属性后,直接添加接触)(2)⼯况:矩形板与圆盘为摩擦接触(也可使⽤⽆摩擦接触,读者可以亲⾃尝试)(3)接触⾯为圆盘外圆周,⽬标⾯为矩形板顶边,设置摩擦系数为0.15(4)由于模型为刚-柔接触,因此修改behavior为⾮对称(Asymmetric)(5)在advanced中将接触算法设置为增⼴拉格朗⽇(Augmented Lagrange)(6)探测⽅法设置为⾼斯点探测(on Gauss point )注意:①由于两者的材料都是⾦属,因此摩擦系数 ≤0.2②⾮线性分析中默认的接触算法为增⼴拉格朗⽇(Augmented Lagrange),线性默认为纯罚函数(Pure penalty)③纯罚函数的收敛性很好,接触刚度对其影响⼤,但是它的穿透性不可控制,⽽增⼴拉格朗⽇收敛性表现为穿透较⼤,迭代次数较多,但其可以在⼀定程度上控制穿透性④⾼斯点与节点探测的区别:⾼斯点:适合⼤多情况,⽹格密度⼩、更精确节点:仅适⽤于⾓接触⑤局部坐标系的添加:如果全局坐标系不是所需要的,就必须添加局部坐标系作为附属坐标系7.划分⽹格(Mesh),选中图中模型,根据模型⾃动划分⽹格8.分析设置(Analysis Setting)(1)打开⾃动时间步(Anto Time Stepping)与⼤变形(Large Deflection)(2)修改载荷⼦步依次为50,50,100后,其他均默认9.添加边界条件(Load or Supports)(1)选中矩形板的下边线,将其设置为Displacement(2)X⽅向数值设置为-15mm,Y⽅向数值设置为0(3)选中圆盘的外圆周,将其设置为Fixed support思考:为什么打开⼤变形开关?答:因为在静⼒学中,极限转动⾓度为10°,⼤位移或者⼤转动即视为⾮线性分析,当受⼒物体的变形与其⼏何尺⼨相⽐较⼤,且线性叠加原理不再适⽤时,可视作⼤变形。
ANSYS接触实例分析参考1.实例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。
本篇先谈第一个载荷步的计算。
下篇再谈第二个载荷步的计算。
3.读入几何体首先打开ANSYS APDL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(每个ansys都自带的)\Program Files\Ansys Inc\V145\ANSYS\data\models\block.inp【OK】后,四分之一几何模型被导入。
4.定义单元类型只定义实体单元的类型SOLID185。
至于接触单元,将在下面使用接触向导来定义。
5.定义材料属性只有线弹性材料属性:弹性模量36E6和泊松比0.36.划分网格打开MESH TOOL,先设定关键地方的网格划分份数然后在MESH TOOL中设定对两个体均进行扫略划分,在volumeSweeping中选择pick all,按下【Sweep】按钮,在主窗口中选择两个体,进行网格划分。
a n s y s面与面接触分析实例面与面接触实例:插销拨拉问题分析定义单元类型Element/add/edit/delete定义材料属性Material Props/Material Models Structural/Linear/Elastic/Isotropic定义材料的摩擦系数建立几何模型Modeling/Create/Volumes/Block/By DimensionsX1=Y1=0,X2=Y2=2,Z1=2.5,Z2=3.5Modeling/Create/Volumes/Cylinder/By DimensionsModeling/Operate/Booleans/Subtract/Volumes先拾取长方体,再拾取圆柱体。
Modeling/Create/Volumes/Cylinder/By Dimensions划分掠扫网格Meshing/Size Cntrls/ManualSize/Lines/Picked Lines拾取插销前端的水平和垂直直线,输入NDIV=3再拾取插座前端的曲线,输入NDIV=4PlotCtrls/Style/Size and Shape,在Facets/element edge列表中选择2 facets/edge建立接触单元Modeling/Create/Contact pair,弹出Contact Manager对话框,如图所示。
单击最左边的按钮,启动Contact Wizard(接触向导),如图所示。
单击Pick Target,选择目标面。
选择接触面定义位移约束施加对称约束,Define Loads/Apply/Structural/Displacement/Symmetric B.C/On Areas,选择对称面。
再固定插座的左侧面。
设置求解选项Analysis Type/Sol’s Control求解:Solve/Current LS绘制装配应力图General Postproc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solution,选择Stress/von Mises stress求解拨拉过程选择Z=4.5处的所有节点。
Ansys帮助文档-接触分析侯峰整理1.接触分析overview接触问题是高度非线性的,需要大量的计算机资源来解决这类问题。
解决这类问题时,需要你对物理问题有足够的了解,花足够的时间建立模型,再用尽量好的计算资源进行求解。
接触问题有两个很明显的难点。
第一,在对问题求解之前,我们是不知道接触区域的位置的。
在不同的载荷、材料、边界条件以及其他一些因素的情况下,表面之间可能以不可预知的奇怪的方式在较大尺度上彼此侵入与分离接触面。
第二,大多数接触问题需要考虑到摩擦。
有几种摩擦准则与模型可供选择,他们都是非线性的。
由摩擦产生的反应可能很复杂,导致求解的收敛困难。
除上述两种困难之外,在许多接触问题中,我们不得不强调多域情况下的影响,例如材料的导热率,电流强度以及在接触区域内的磁通量等。
如果在你的模型中不需要考虑摩擦的影响,且体之间的交互影响是确定的,那么,你就可以采用内部的多点约束来对模型进行约束。
另外一个选择是使用约束等式或者成对的自由度约束来进行约束。
这些外部约束方程或者耦合方程仅仅适用于小应变的情况。
除在这个guide中讨论的间接的接触问题外,ansys也能够提供采用ansys ls-dyna动态分析的系列产品进行分析。
直接分析套件对于分析暂态问题非常有用。
1.1一般的接触分类方法接触问题分为两类:刚体-刚体与柔体-柔体问题。
在刚体-柔体接触问题中,一个或多个的接触面被认为是刚性的。
一般来说,任何时候,只要是分析一个硬质材料与一个较软材料的接触问题,都被假设为刚体-柔体问题。
另外一类的问题,即柔体-柔体分析,是更加常见的一类问题。
在这类问题中,两个接触面都被认为是可变形的。
1.2接触分析的能力1.3面-面接触分析单元Ansys提供刚体-柔体接触、柔体-柔体接触的面-面分析单元。
这类分析单元采用一个“目标面”与一个“接触面”来组成一个接触对。
●目标面用TARGE 169(2-D) 与TARGE 170(3-D)两类单元●接触面用CONTA 171、CONTA 172、CONTA 173 、CONTA 174四类单元。
ANSYS接触分析实例接触分析是指在模拟两个物体在接触过程中的力学行为。
在工程设计中,接触分析能够解决各种复杂的机械接触问题,例如轴承、齿轮传动、接头连接等。
ANSYS通过它的接触分析功能,能够模拟物体间的精确接触行为,包括接触压力、接触区域、接触力和摩擦力等,并提供准确的力学分析结果。
举一个实际的例子,假设我们需要分析一个摩擦力的问题。
一辆汽车正在上坡行驶,车轮与路面之间的接触处产生了摩擦力。
我们希望通过ANSYS来模拟并计算摩擦力的大小。
首先,我们需要建立一个三维模型,包括车轮和路面。
可以使用ANSYS提供的建模工具进行绘制,也可以导入其他CAD软件中的模型。
在建模过程中,我们需要设置适当的边界条件和材料属性,例如路面的摩擦系数和车轮的材料参数。
接下来,我们需要定义接触边界条件。
在这个例子中,车轮与路面之间发生接触的区域称为接触区域。
可以在ANSYS中使用接触探测器来自动识别接触区域,或者手动定义接触区域。
在定义接触区域后,需要设置接触界面的行为,包括摩擦系数、接触刚度和接触阻尼等。
这些参数将影响接触力和摩擦力的计算结果。
完成模型和边界条件的设置后,我们可以进行接触力的计算。
首先,需要进行非线性静力分析,通过施加一个外力或位移来激活接触区域。
ANSYS将自动求解力学平衡方程并计算出接触力。
我们可以通过结果后处理功能来可视化和分析接触力的分布情况。
得到接触力的结果后,我们可以根据需要进一步分析摩擦力。
ANSYS提供了丰富的后处理工具,例如力矩计算和摩擦力分析工具,可以帮助我们准确地计算和分析摩擦力的大小和方向。
通过以上的步骤,我们可以使用ANSYS进行接触分析,并得到准确的接触力和摩擦力结果。
这个例子只是接触分析的一个简单示例,实际应用中的接触分析可能涉及更复杂的几何形状、材料特性和接触行为等,并需要更深入的分析和验证。
但是通过ANSYS强大的功能和易用性,工程师们可以更高效地解决接触分析问题,提高产品设计的质量和性能。
ANSYS接触实例分析参考ANSYS是工程仿真领域广泛使用的一种有限元分析软件。
在实际工程中,接触问题经常出现,例如机械装配中的接触、摩擦、磨损等现象需要进行分析和优化。
本文将介绍几个ANSYS接触实例,并分析其分析方法和结果。
第一个实例是机械装配中的接触分析。
假设有一个由两个金属块组成的简单装配,要分析它们之间的接触情况。
首先需要建立两个金属块的几何模型,并进行网格划分。
然后,使用ANSYS中的接触分析模块,设置接触类型、接触参数和材料特性等。
接着,施加相应的边界条件和载荷条件,运行分析并获取接触压力和接触面积等结果。
最后,根据结果对接触情况进行评估和优化。
第二个实例是摩擦接触问题的分析。
假设有一个由摩擦带和基体组成的摩擦副,需要分析摩擦力和热量的分布。
首先需要建立摩擦带和基体的几何模型,并进行网格划分。
然后,使用ANSYS中的摩擦接触分析模块,设置摩擦带和基体的材料特性、摩擦系数和接触压力等参数。
接着,施加相应的边界条件和载荷条件,运行分析并获取摩擦力、摩擦热量和温度分布等结果。
最后,根据结果对摩擦副的性能进行评估和优化。
第三个实例是磨损接触问题的分析。
假设有一个由金属零件和砂轮组成的磨削装置,需要分析金属零件表面的磨损情况。
首先需要建立金属零件和砂轮的几何模型,并进行网格划分。
然后,使用ANSYS中的磨损接触分析模块,设置金属零件和砂轮的材料特性、初始接触压力和磨粒等参数。
接着,施加相应的边界条件和载荷条件,运行分析并获取磨损量、磨损深度和磨损形貌等结果。
最后,根据结果对磨削装置进行评估和优化。
以上三个实例只是ANSYS接触分析的一小部分应用,接触分析的对象和问题种类都非常多样。
在实际工程中,可以根据具体问题的特点选择不同的接触分析方法和技术,以获取更准确和可靠的结果。
同时,还可以通过对接触问题的分析和优化,改善产品的性能和可靠性,提高工程效率和经济效益。
总结起来,ANSYS接触实例分析主要包括机械装配中的接触分析、摩擦接触问题的分析和磨损接触问题的分析。
ANSYS Workbench是ANSYS公司开发的一款工程仿真平台,用于进行多物理场仿真分析。
接触分析是其中一种常见的分析类型,它用于研究和评估两个或多个物体之间的接触行为和力学响应。
下面将详细解释ANSYS Workbench中接触分析的案例步骤:1. 构建几何模型:使用ANSYS DesignModeler或其他CAD软件,创建需要进行接触分析的物体的几何模型,包括接触面和接触区域。
2. 导入模型:将几何模型导入到ANSYS Workbench中,可以使用File > Import或直接将文件拖放到工作区。
3. 定义材料属性:选择需要定义的材料,在ANSYS Mechanical中,可以使用材料库中的材料或自定义材料属性。
4. 定义接触区域:选择接触区域,在Geometry中选择面或体,然后将其分配为接触区域。
可以设置摩擦系数和接触刚度等接触属性。
5. 定义加载:定义加载条件,如力、压力或位移。
可以在Loads下的各个选项卡中定义加载类型、大小和方向等。
6. 设置分析类型:选择需要进行的接触分析类型,在ANSYS Mechanical中,可以选择非线性接触分析或线性接触分析,根据具体情况选择适当的分析类型。
7. 设置求解器选项:在Solver Settings中设置求解器选项,如收敛准则、迭代次数和网格参数等。
8. 网格划分:进行网格划分,确保适当的网格密度和质量,可以使用ANSYS Meshing 或其他网格划分工具。
9. 求解和后处理:运行求解器进行接触分析,并等待求解完成。
完成后,可以使用ANSYS Mechanical中的后处理工具进行结果分析和展示。
10. 结果分析:根据需要,对接触分析的结果进行分析和评估,如接触变形、压力分布、接触压力、挤压量等。
《基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》篇一一、引言在复杂的工程问题中,接触问题是一种常见的物理现象,涉及到各种领域如机械、电子、生物医学等。
ANSYS软件作为一款功能强大的工程仿真软件,被广泛应用于解决各种接触问题。
本文将首先介绍基于ANSYS软件的接触问题分析的基本原理和主要方法,然后详细探讨其在工程中的应用,以期望为工程实践中接触问题的解决提供参考。
二、ANSYS软件中接触问题分析的基本原理和主要方法1. 基本原理ANSYS软件中的接触问题分析主要基于有限元法。
通过将实体模型离散化为有限个小的单元,然后对每个单元进行分析,最终得到整个模型的解。
在接触问题分析中,关键是要正确处理接触界面上的力和位移关系,以及接触界面的变化对整体结构的影响。
2. 主要方法(1) 面对面接触法:主要处理平面与平面之间的接触问题,如机械零件之间的接触。
(2) 体对体接触法:用于处理实体之间的接触问题,如人体关节之间的接触。
(3) 热接触法:处理由于热效应引起的接触问题,如热传导过程中的接触问题。
三、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程中的应用在机械工程中,ANSYS软件被广泛应用于分析各种机械零件的接触问题。
例如,通过面对面接触法分析齿轮与轴承之间的摩擦和磨损,通过体对体接触法分析两个机械部件在装配过程中的接触压力和变形等。
这些分析结果对于优化机械零件的设计和改进装配工艺具有重要意义。
2. 土木工程中的应用在土木工程中,ANSYS软件可用于分析建筑物、桥梁等结构在荷载作用下的接触问题。
例如,通过热接触法分析建筑物的热传导过程中的接触问题,以优化建筑材料的选型和设计。
此外,ANSYS还可用于分析地震等自然灾害对建筑物结构的破坏作用,以及评估结构的抗震性能。
3. 电子工程中的应用在电子工程中,ANSYS软件常被用于分析电子设备中各部件之间的电接触问题。
例如,通过面对面接触法分析电路板上的元器件之间的电连接和热传导问题,以提高电子设备的性能和可靠性。
Ansys非线性接触分析和设置设置实常数和单元关键选项程序利用20个实常数和数个单元关键选项,来操纵面─面接触单元的接触。
参见《ANSYS Elements Reference》中对接触单元的描述。
实常数在20个实常数中,两个(R1和R2)用来概念目标面单元的几何形状。
剩下的用来操纵接触面单元。
R1和R2 概念目标单元几何形状。
FKN 概念法向接触刚度因子。
FTOLN 是基于单元厚度的一个系数,用于计算许诺的穿透。
ICONT 概念初始闭合因子。
PINB 概念“Pinball"区域。
PMIN和PMAX 概念初始穿透的允许范围。
TAUMAR 指定最大的接触摩擦。
CNOF 指定施加于接触面的正或负的偏移值。
FKOP 指定在接触分开时施加的刚度系数。
FKT 指定切向接触刚度。
COHE 制定滑动抗力粘聚力。
TCC 指定热接触传导系数。
FHTG 指定摩擦耗散能量的热转换率。
SBCT 指定 Stefan-Boltzman 常数。
RDVF 指定辐射观看系数。
FWGT 指定在接触面和目标面之间热散布的权重系数。
FACT 静摩擦系数和动摩擦系数的比率。
DC 静、动摩擦衰减系数。
命令: RGUI:main menu> preprocessor>real constant对实常数 FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, FKOP 和 FKT,用户既能够概念一个正值,也能够概念一个负值。
程序将正值作为比例因子,将负值作为绝对值。
程序将下伏单元的厚度作为ICON,FTOLN,PINB,PMAX 和 PMIN 的参考值。
例如 ICON = 说明初始闭合因子是“*基层单元的厚度”。
但是,ICON = 那么表示真实调整带是单位。
若是下伏单元是超单元,那么将接触单元的最小长度作为厚度。
参见图5-8。
图5-8 基层单元的厚度在模型中,若是单元尺寸转变专门大,而且在实常数如 ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中应用比例系数,那么可能会显现问题。
ANSYS中如何使用接触向导定义接触对在ANSYS中定义接触通常有两种方法:1.用户自己手工创建接触单元和目标单元。
这种方法,在定义接触和目标单元时还比较简单,但是在设置或修改单元属性和定义实常数时却比较复杂。
需要用户对接触有较深刻的理解和通过实践积累丰富的经验。
2.即接触本文将化。
图6mm一、1.和几何模型有关。
比如,对三维面模型,可以划分壳体单元,后面直接以壳体面作为创建接触对的基础;而三维体模型,可以划分实体单元,后面则以实体单元的表面作为创建接触对的基础。
2. 在使用接触管理器(接触向导) 创建接触对时,可以选为接触面或目标面的对象有:线、面、节点、节点组(component)等。
如果模型比较复杂,临时选择不太方便,建议将准备创建接触的实体边界(面、线)分别建为单独的实体组 (Component),或者分别取出其包含的节点(使用NSLA、NSLL命令),建为单独的节点组件(Component)。
二、打开接触管理器在前处理中,点击GUI屏幕上命令输入小窗口右边的第三个小图标,就可以打开接触管理器:器(在创置。
三、创建接触对下面来创建接触对。
需要创建两个接触对,分别为两个平板与上下两个圆半球之间可能接触的部位。
为了便于创建接触对,先创建4个组件,分别包含上下平板与球之间的两个接触对的可能接触面。
图4中名为A1、A2、A3和A4的四个不同颜色的Component分别为相应的四个组件:然后创建接触对。
在接触向导窗口中,点击左上角第一个按钮“ContactWizard”:。
然后点击选择上半球的4个小球面作为“目标面”:对话框变为选择“接触面”,在其中,将ContactSurface设置为Areas;ContactElementType 设置为Surface-to-Surface。
然后点击“PickContact…”按钮选择接触面:点击Next,对话框变为如下形式:1.系数。
或者,还可以在材料ID中输入一个未定义过的材料编号,程序会自动创建新的材料编号,并定义摩擦系数值。
面与面接触实例:插销拨拉问题分析定义单元类型Element/add/edit/delete定义材料属性Material Props/Material ModelsStructural/Linear/Elastic/Isotropic定义材料的摩擦系数建立几何模型Modeling/Create/Volumes/Block/By Dimensions X1=Y1=0,X2=Y2=2,Z1=2.5,Z2=3.5Modeling/Create/Volumes/Cylinder/By DimensionsModeling/Operate/Booleans/Subtract/Volumes先拾取长方体,再拾取圆柱体。
Modeling/Create/Volumes/Cylinder/By Dimensions划分掠扫网格Meshing/Size Cntrls/ManualSize/Lines/Picked Lines 拾取插销前端的水平和垂直直线,输入NDIV=3再拾取插座前端的曲线,输入NDIV=4PlotCtrls/Style/Size and Shape,在Facets/element edge列表中选择 2 facets/edge建立接触单元Modeling/Create/Contact pair,弹出Contact Manager对话框,如图所示。
单击最左边的按钮,启动Contact Wizard(接触向导),如图所示。
单击Pick Target,选择目标面。
选择接触面定义位移约束施加对称约束,Define Loads/Apply/Structural/Displacement/Symmetric B.C/On Areas,选择对称面。
再固定插座的左侧面。
设置求解选项Analysis Type/Sol’s Control求解:Solve/Current LS绘制装配应力图General Postproc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solution,选择Stress/von Mises stress求解拨拉过程选择Z=4.5处的所有节点。