WorkBench 接触变形分析教程

前言WokBench是众所周知的好东西，以下是自己琢磨的一个小应用，肯定有不对的地方，欢迎指出，便于大家共同提高。

问题描述这是一个塑料小卡扣的例子，主要想使用WorkBench了解在使用中，塑料件的变形是否足够。

模型是用ProE制作的，为了简化，只切取了关于变形的部分，如下图：其中蓝色的部分是活动的，只有一个方向的运动，红色的部分是固定的。

大体的尺寸如下，单位是毫米：进入WorkBench本人使用的是ProE/WF3.0，直接通过菜单上的WorkBenck即可进入WorkBench了。

接下来，按照图中的1、2、3操作：材料设置之后进入Simulation界面。

第一个事情是设置材质，考虑到蓝色部件没有必要考察变形，因此将它设置为默认的结构钢。

红色部件可以直接选个聚乙烯的材料，如果今后有了明确的材质信息，可以再更改。

接触设置在接触（Connections）中，添加一个手动接触区域注意：在模型中，蓝色和红色部件的距离要控制好（这是由ProE中，模型装配关系决定的），如果太近，软件将自动计算出一个接触区域，但对于这个例子，还需要手动扩大接触区域。

如果距离太远，在手动设置Pinball类型的接触区域时，Pinball的半径要设得很大，可能导致无法计算。

请参考上面的尺寸图纸调节两个部件之间的距离。

之后，设置接触面（2、3）：需要将两个部件在运动过程中，会接触的地方一一标出，千万不要加无用的面。

将Pinball Region设置为Radius方式（4），并将Radius设置一个合适的值（5），本例设置了3毫米（如图，会形成一个蓝色的大圆球），求解的时候软件会使用这个PinBall 自动探测接触。

还需要将接触方式设置为无摩擦的（6）。

最后将接触面计算方式设置为Adjust To Touch（7）。

也可以尝试其他的方式，不过对于这个仅研究红色部件变形的例子就无所谓了。

关于单元格WorkBench中可以不自行划分单元格（在解算的时候，如果没有手动的设置，软件就会先自动划分），软件帮你自动产生。

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。

接触分析过程
1、经验证用从其他CAD导入到Workbench的模型进行接触分析，得到的结果
偏差比较大，所以最好选择用Workbench自带的design modeler进行建模后导入simulation，用以上方法导入的模型如下左图。

2、如上图右，因为在design modeler中添加了对称，进入simulation中就会自动
施加了对称约束。

3、如上图，添加接触单元，在contact、target中添加想要的接触面。

在type中
设置为frictional，摩擦系数0.2。

4、网格划分结果如下图：
5、在静态算例添加contact tools、等效应力、合位移，如下图：
点击contact tools在左下角进行细节设置，在右侧窗口选择接触面。

在分析选项中打开大变形选项：
6、添加外圆面的径向固定约束，定义为normal to。

7、开始计算并查看结果如下图，此结果与经典ANSYS中计算的结果基本吻合。

第五章控制程序及监控界面的开发控制系统的效率和性能一方面决定于系统的硬件设计，另一方面在很大程度上取决于应用程序的设计质量。

只有将系统的硬件和软件有机的结合在一起，相辅相成，才能使系统最大程度的发挥效率。

软件是计算机控制系统的神经中枢，控制系统中的控制任务最终是靠软件即应用程序的执行来完成的。

因此软件开发占有相当重要的地位，本实验室自控系统是由三大软件支撑的，分别是利用PLC 编程软件STEP7 V5.2，嵌入式组态软件MCGS，以及虚拟仪器Labview7.0所开发的程序。

STEP7基础软件是用于西门子公司SIMATIC S7、SIMATIC C7和SIMATIC WinAC 等控制系统的标准开发软件，主要用于完成控制程序的开发。

本实验室包含的设备种类多、数量大、各设备间关系复杂。

实验室的操作者要全面、综合和有效地监控、操作和管理试验系统并不是件容易的事情，因此还需要设计合理的控制操作界面，本实验室利用MCGS嵌入式组态软件开发出形象的控制界面，并利用其提供的动画功能仿真试验系统的运行状态。

无论是研究性试验还是本科教学试验，都需要采集大量的数据，并需要对这些数据作分析、存储、曲线显示等，因此本试验室采用Labview开发数据采集程序。

因为他们的界面和和操作模仿物理仪器，如示波器和万用表，所以Labview 程序被称作虚拟仪器，。

在Labview中包含了一系列进行采集、分析、显示的工具，能很快的帮助解决复杂数据采集问题。

通过这些软件的应用，可以构造强大的实验室自控系统。

§5.1控制程序方案确定§5.1.1控制算法的选择随着智能控制技术的发展，不断有空调控制算法方面的报道，现已有模糊控制、神经网络控制、自适应控制、解耦控制在变风量空调系统中的应用的思想，但这些研究成果多为仿真结果，在实际应用还用一定的距离，而PID算法控制简单、抗干扰性好、可靠性高等优点[46]。

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、代码少，可靠性高等优点，使得PID在工程中应用达90%以上。

WorkBench接触解析1.接触的基本概念1.1. 接触的定义两独立表面相互接触并相切，则称之为接触.一般物理意义上, 接触的表面包含如下特性:不会渗透.可传递法向压缩力和切向摩擦力.通常不传递法向拉伸力.可自由分离和互相移动.接触是状态改变非线性. 也就是说, 系统刚度取决于接触状态, 即part之间是接触或分离.1.2. workbench接触类型1)Bonded（绑定）: 这是Workbench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，可以将此区域看作被连接在一起，类似于共结点。

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。

2)No 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。

即法向不分离，切向可以有小位移，也只用于线性接触。

3)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。

法向可分离，但不渗透，切向自由滑动。

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。

4)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，法向可分离，不渗透，切向不滑动。

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。

5)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。

法向可分离，但不渗透，切向滑动，有摩擦力。

8例1 螺栓连接件分析如图所示为一螺栓连接的法兰连接件简图，法兰一端及内侧面固定约束。

载荷1为螺栓预应力1000N载荷2为螺栓预应力1500N载荷3为螺栓预应力2000N根据实际情况，自己设定接触类型，其中摩擦类型接触对时，摩擦系数为0.1 为方便设置，材料均取钢材，求其变形及应力。

边界条件螺栓连接件分析1 导入几何模型，进入DS模块2 材料设置选择默认的材料：Structural Steel3 设置接触螺栓与螺母的接触类型为Bonded螺栓杆与法兰的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1螺栓杆与垫片内壁的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1其余接触类型为No Separation4 网格划分5 选择分析类型·在“New Analysis”中选择结构静力学分析“Static Structural”；6 施加约束与载荷1）施加固定约束·点击“Static Structural”，在“Supports”中选择固定约束“Fixed Support”·选择法兰一端及内侧面固定约束；2）施加载荷·选择载荷1处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1000N ·选择载荷2处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1500N ·选择载荷3处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为2000N5 设定求解类型1）求解变形·点击“solution”，点击“Deformation”选择“Total”，求解变形·点击“Stress”，选择“Equivalent (V on-Mises)”，求解等效应力6 单击“Solve”求解7 观察求解结果·点击“Total Deformation”查看变形·点击“Equivalent Stress”查看应力分布例2卡紧散热片的不锈钢扣件受力分析扣紧件是一个不锈钢的卡子，因为散热片同功率部件之间的接触力同最终的散热有很大关系，因此研究力的大小是很有意义的。

之相礼和热创作后面一篇基于Ansys经典界面的接触分析例子做完当前，很多冤家盼看了解该例子在Workbench中是怎样完成的.我做了一下，与大家共享，纷歧定正确.究竟这种东西，教科书上也没有，我只是按照本人的理解在做，有错误的地方，恳请指正.1．成绩描绘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，以是它们之间是过盈配合.如今要对该成绩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．成绩分析由于该成绩关于两个坐标面对称，因此只必要取出四分之一进行分析即可.进行该分析，必要两个载荷步：第一个载荷步，过盈配合.求解没有附加位移约束的成绩，钢销由于它的几何尺寸被销孔所约束，由于有过盈配合，因此发生了应力.第二个载荷步，拔出分析.往外拉动钢销1.7 units，对于耦合节点上运用位移条件.打开自动工夫步长以包管求解收敛.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．生成几何体上述成绩是ANSYS自带的一个例子.对于几何体，它曾经编制了生成几何体的命令流文件.以是，我们首先用经典界面打开该命令流文件，运转之以生成四分之一几何体；然后导出为一个IGS文件，再加入经典界面，接着再到WORKBENCH中，打开该IGS文件进行操纵.（3.1）首先打开ANSYS APDL14.5.（3.2）然后读入曾经做好的几何体.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【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】当前该文件被导出.（3.4）加入ANSYS APDL14.5.选择【OK】加入经典界面.4．打开Ansys WorkBench，并新建一个静力学分析零碎.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.则该静力学零碎表示图更新如下.可见，几何单元格后面曾经打勾，阐明文件曾经关联.5．扫瞄几何模型双击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，这与标题中给定的大小是同等的.然后加入DesignModeler，则又重新回到WorkBench界面中.6．定义材料属性然后在工具栏中选择“Return To Project”以前往到WorkBench 界面中.7．创建接触在主窗口中分别选择目的面，接触面如下然后对该接触的细节面板设置如下其中，（1）阐明接触类型是带摩擦的接触，摩擦系数是0.2，黑白对称接触（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上面拔出一个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上面再拔出一个尺寸操纵，用于操纵钢销的两个直角边为3等分.在Mesh上面再拔出另外一个尺寸操纵，用于操纵钢销的1个圆弧边为4等分.按下Generate 后，则生成的无限元模型如下图.9．设置鸿沟条件设置四个面为对称鸿沟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）意味着只要一个载荷步，该载荷步也只要一个载荷子步，关闭了自动工夫步长，该载荷步结束的工夫是100.（2）的意思是打开大变形开关.11．求解在右键菜单中选择Solve进行计算.12．后处理检查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.这次要应该是由于两边的网格划分纷歧致所导致的.检查接触处的形态（只调查接触面）上面是接触处的渗出图可见，最大渗出量是4.78mm，这与经典界面中的异样有区别.下图是接触压力大致为0.26Mpa，异样比经典界面要大.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，一样平常来说，这应该是网格划分不相反的结果.假如进一步细分网格，无论经典界面还是Workbench均应该收敛到同一个值.。

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。