1.试件尺寸为D×H=100 mm×100 mm

为了分析压头尺寸对应力的影响，进行有限元分析时底座圆环内径取为80 mm，压头直径分别采用28.5 mm、38 mm 和47.5 mm 三个尺寸。

（1）压头直径为28.5 mm 时，三维有限元分析如图3-17～图3-18所示。

图3-17　有限元分析Mises 云图

图3-18　不同径向位置沿深度方向应力分布

（2）压头直径为 38 mm 时，三维有限元分析如图 3-19～图 3-20所示。

图3-19　有限元分析Mises 云图

图3-20　不同径向位置沿深度方向应力分布

（3）压头直径为47.5 mm 时，三维有限元分析如图3-21～图3-22所示。

图3-21　有限元分析Mises 云图

图3-22　不同径向位置沿深度方向应力分布

从云图可以得出，圆环底座位置应力、试件内部应力都随着压头直径的增大而增大，并且试件径向边缘存在比较大的应力；从应力轨迹线可以得出，应力峰值随着压头直径的增大而增大，压头直径由 28.5 mm增大到47.5 mm，应力增大了24.5%。

2.试件尺寸为D×H=150 mm×100 mm

为了分析压头尺寸对应力的影响，进行有限元分析时底座圆环内径为 100 mm，压头直径分别为28.5 mm、38 mm、47.5 mm 和57 mm 四个尺寸。(www.daowen.com)

（1）压头直径为28.5 mm 时，三维有限元分析如图3-23～图3-24所示。

图3-23　有限元分析Mises 云图

图3-24　不同径向位置沿深度方向应力分布

（2）压头直径为 38 mm 时，三维有限元分析如图 3-25～图 3-26所示。

图3-25　有限元分析Mises 云图

图3-26　不同径向位置沿深度方向应力分布

（3）压头直径为47.5 mm 时，三维有限元分析如图3-27～图3-28所示。

图3-27　有限元分析Mises 云图

图3-28　不同径向位置沿深度方向应力分布

（4）压头直径为 57 mm 时，三维有限元分析如图 3-29～图 3-30所示。

图3-29　有限元分析Mises 云图

图3-30　不同径向位置沿深度方向应力分布

由以上云图可以得出，直径为150 mm 的试件应力峰值位于压头边缘下方支座位置应力随着压头的增大而增大。当压头直径为38 mm 时，试件内部存在 0.07 MPa 的应力带。从应力轨迹线可以得出，压头直径由28.5 mm 增加到57 mm，径向位置x 为0.02 m 处最大应力由0.45 MPa增大到了 0.55 MPa。压头直径由47.5 mm 增大到57 mm 应力峰值变化不大，但是侧向应力变化比较大，因此压头直径控制在47.5 mm 以内比较合适。