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分析求解与平面模型建立

时间：2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】：启动Mechanical APDL Product Launcher 17.0，弹出17.0：ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口。图11-5 Library of Element Types对话框通过该对话框添加多个单元类型，其中1号单元为PLANE183、2号单元为SOLID186、3号单元为TARGE170、4号单元为CONTA174。继续输入第2个半圆的参数，X=0，Y=0.15，Rad-1=0.05，Theta-1=-180，Rad-2=0，Theta-2=0，单击OK按钮，完成平面模型的建立，如图11-14所示。图11-12 Part Annular Circ Area对话框图11-13 生成第一部分模型在X、Y、Z Offsets框中输入0.1，如图11-15所示。

分析求解与平面模型建立

建立模型的时候，先建立平面模型，划分网格后再拉伸为三维模型。

（1）启动Mechanical APDL Product Launcher 17.0，弹出17.0：ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口。

在该窗口中设置Simulation Environment为ANSYS，Lisence为ANSYS Multiphysics，在Working Directory框中输入工作目录，在Job Name框中输入项目名称11-1。单击Run按钮，进入GUI界面。

（2）本例由于是接触问题，需要定义4种单元类型，即平面实体单元（因为要先建立平面模型）、三维实体单元（拉伸为三维模型）、接触单元、目标单元。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，在弹出的对话框中单击Add按钮，弹出图11-5所示的Library of Element Types对话框。

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图11-5 Library of Element Types对话框

通过该对话框添加多个单元类型，其中1号单元为PLANE183、2号单元为SOLID186、3号单元为TARGE170、4号单元为CONTA174（注意图11-5中的TARGE170单元与CON-TA174的位置，位于Contact分类下）。

完成单元类型添加后，回到图11-6所示的ElementTypes对话框。

选择Type 4 CONTA174，单击Options按钮，在弹出的图11-7所示CONTA174 element typeoptions对话框中设置Auto CNOF/ICON Tadjustment K5为Closegap，单击OK按钮。关闭图11-6所示的Element Types对话框。

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图11-6 Element Types对话框

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图11-7 CONTA174 element type options对话框

（3）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Real Constants＞Add/Edit/Delete命令，在弹出的对话框中单击Add按钮，弹出图11-8所示的Element Type for Real Constants对话框，选择TYPE 4 CONTA174。

单击OK按钮，弹出图11-9所示的Real Constant SetNumber 1，for CONTA174对话框，设置Normal penalty stiffness（法向接触刚度）为0.1，单击OK按钮。

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图11-8 Element Type for Real Constants对话框

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图11-9 Real Constant Set Number1，for CONTA174对话框

（4）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，弹出图11-10所示的Define Material Model Behavior对话框。选择线性弹性各向同性模型，弹出Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，设置材料参数如图11-11所示。

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图11-10 Define Material Model Behavior对话框

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图11-11 设置线性弹性材料参数

单击OK按钮，并关闭图11-10所示的Define Material Model Behavior对话框，完成材料参数定义。

（5）完成材料定义后，开始建立几何模型。

在GUI界面中选择Main Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Circle＞Par-tial Annulus命令，弹出Part Annular Circ Area对话框，输入参数如图11-12所示。单击Apply按钮，生成第1个半圆，如图11-13所示。

继续输入第2个半圆的参数，X=0，Y=0.15，Rad-1=0.05，Theta-1=-180，Rad-2=0，Theta-2=0，单击OK按钮，完成平面模型的建立，如图11-14所示。

（6）在GUI界面中选择Utility Menu＞Work Plane＞Offset WP by Increments命令，弹出Offset WP对话框。

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图11-12 Part Annular Circ Area对话框

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图11-13 生成第一部分模型

在X、Y、Z Offsets框中输入0.1，如图11-15所示。单击+X按钮，将工作平面沿X轴正方向移动0.1。然后在XY、YZ、ZX Angles框中输入90，单击978-7-111-58392-9-Part02-430.jpg按钮，将工作平面旋转90°。

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图11-14 完成平面模型的建立

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图11-15 Offset WP对话框

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Divide＞Ar-ea by WrkPlane命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，则工作区中的面被工作平面分割为如图11-16所示。

（7）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞All Areas命令，弹出Area Attibutes对话框，设置面的划分参数如图11-17所示。

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图11-16 使用工作平面分割面

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图11-17 Area Attibutes对话框

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Manual Size＞Global＞Size命令，弹出Global Element Sizes对话框，输入单元尺寸0.0075，如图11-18所示。单击OK按钮，完成单元尺寸设置。

（8）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Free命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，完成网格划分后如图11-19所示。

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图11-18 Global Element Sizes对话框

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图11-19 划分网格

（9）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Modify Mesh＞Refine At＞Keypoints命令，弹出Refine Mesh at Keypoints对话框。

在该对话框中输入关键点编号2与4（用英文半角逗号隔开），单击OK按钮，弹出图11-20所示的Refine Meshat Keypoint对话框。

单击OK按钮，完成关键点2与关键点4附近的网格细化，如图11-21所示。

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图11-20 Refine Mesh at Keypoint对话框

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图11-21 网格局部细化

（10）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Default Attribs命令，弹出图11-22所示的Meshing Attributes对话框，将单元类型改为2SOLID186，单击OK按钮。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Elem Ext Opts命令，弹出图11-23所示的Element Extrusion Options对话框。设置VAL1No.Elem divs为5（拉伸方向分为5份），选中ACLEAR Clear area（s）after ext右侧的Yes复选框（即拉伸后删除面）。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞By XYZ Offset命令，拾取工作区中的所有面，单击OK按钮，弹出图11-24所示的Extrude Are-as by XYZ Offset对话框。

在DX，DY，DZ Offsets for extrusion框中分别输入0、0、0.01，单击OK按钮，完成模型拉伸，如图11-25所示。

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图11-22 Meshing Attributes对话框

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图11-23 Element Extrusion Options对话框

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图11-24 Extrude Are as by XYZ Offset对话框

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图11-25 完成拉伸

（11）在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot Ctrls＞Numbering命令，弹出图11-26所示的Plot Numbering Controls对话框。

选中AREA Area numbers右侧的On复选框，单击OK按钮，在工作区中显示面编号，如图11-27所示。注意14号面的位置。

在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，先选中14号面，如图11-28所示。

设置Select Entities对话框，选择对象为节点，选择方式为Attached to，选中14号面上的节点，如图11-29所示。

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图11-26 Plot Numbering Controls对话框

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图11-27 显示面编号

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图11-28 选中14号面

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图11-29 选中14号面上的节点

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Elements＞Elem Attrib-utes命令，弹出Element Attributes对话框，设置单元类型为3TARGE170，如图11-30所示。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Elements＞Surf/Contact＞Inf Acoustic命令，在弹出的对话框中单击OK按钮，生成目标单元如图11-31所示。

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图11-30 Element Attributes对话框

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图11-31 生成目标单元

重复上述操作，在18号面上生成接触单元。继续重复操作，在33与38号面上生成接触单元对。定义完整的接触单元与目标单元如图11-32所示。

（12）在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Dis-placement＞On Areas命令，在弹出的对话框中输入面编号16与8，弹出图11-33所示的Ap-ply U，ROT on Areas对话框。

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图11-32 接触单元与目标单元

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图11-33 Apply U，ROT on Areas对话框

选择要约束的自由度为UY，单击OK按钮，完成约束后如图11-34所示。

重复上述操作，完成另外一半模型的自由度约束。请读者自己动手练习完成。

（13）在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，选出面11与19，如图11-35所示。

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图11-34 约束16号面与8号面

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图11-35 选出加载面

设置Select Entities对话框，选择对象改为Nodes，选择方式为Attached to，选出面11与面19上的节点，如图11-36所示。

在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Pressure＞On Nodes命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，弹出图11-37所示的Apply PRES on nodes对话框。

输入压力值1e6，单击OK按钮，完成加载后如图11-38所示。

（14）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Coupling/Ceqn＞Couple DOFs命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，弹出图11-39所示的Define Coupled DOFs对话框。

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图11-36 选出加载节点

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图11-37 Apply PRES on nodes对话框

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图11-38 加载

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图11-39 Define Coupled DOFs对话框

选择耦合自由度为UY，单击OK按钮，效果如图11-40所示。

在对称的另一半模型上施加约束，操作步骤与上述相同，完成约束的模型应如图11-41所示。

978-7-111-58392-9-Part02-457.jpg(www.daowen.com)

图11-40 耦合自由度

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图11-41 完成约束

（15）在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls命令，弹出Solution Controls对话框，在Basic选项卡中设置如图11-42所示。

打开Nonlinear选项卡，设置如图11-43所示，然后单击OK按钮。

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图11-42 Solution Controls对话框（Basic选项卡）

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图11-43 Solution Controls对话框（Nonlinear选项卡）

（16）在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，弹出图11-44所示的STATUS Command窗口，其中显示了项目的求解信息及输出选项。

同时弹出的还有图11-45所示的Solve Current Load Step对话框，询问用户是否开始进行求解。

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图11-44 /STATUS Command窗口

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图11-45 Solve Current Load Step对话框

单击OK按钮开始求解，当弹出Solution is done！提示时，表明求解完成。

本例也可用APDL命令流来完成。

FINI ！

/CLEAR ！清空工作区

！

/PREP7 ！进入前处理器

ET，1，PLANE183 ！定义单元类型

ET，2，SOLID186 ！

ET，3，TARGE170 ！

ET，4，CONTA174，，，，，1 ！

R，1，，，0.1 ！实常数

！

MP，EX，1，2E11 ！材料属性

MP，PRXY，1，0.3 ！

！

CYL4，0，0，0.1，0，0，180 ！生成半圆

CYL4，0，0.15，0.05，-180，0，0 ！进入前处理器

！定义单元类型

WPOFF，-0.01 ！

WPROT，0，0，90 ！

ASBW，ALL ！

！实常数

AATT，1，1，1 ！

ESIZE，0.0075 ！材料属性

MSHAPE，0 ！

MSHKEY，0 ！

AMESH，ALL ！生成半圆

！

KREFINE，2，4，2，3 ！局部细化

！

TYPE，2 ！拉伸生成圆柱

EXTOPT，ESIZE，5 ！

EXTOPT，ACLEAR，1 ！

VEXT，ALL，，，，，0.01 ！

！

ASEL，S，，，14 ！生成接触关系

NSLA，S，1 ！

REAL，1 ！

TYPE，3 ！

ESURF ！

ALLS ！

！

ASEL，S，，，18 ！

NSLA，S，1 ！

REAL，1 ！

TYPE，4 ！

ESURF ！

ALLS ！

FINISH ！

！

/SOLU ！进入求解器

DA，16，UY ！定义约束

DA，8，UY ！

DA，15，UX ！

DA，20，UX ！

DA，1，UZ ！

DA，9，UZ ！

DA，13，UZ ！

DA，17，UZ ！

！

ASEL，S，，，11，19，8 ！

NSLA，S，1 ！

SFA，ALL，1，PRES，1E6 ！施加荷载

CP，1，UY，ALL ！

ALLS ！

！

LNSRCH，ON ！求解配置

AUTOTS，ON ！

NSUBST，5，10，3 ！

OUTRES，ALL，ALL ！

SOLVE ！

FINISH ！

！

/POST1 ！后处理命令，建议以GUI方式操作

ESEL，S，TYPE，，4 ！

ETABLE，PRES，CONT，PRES ！

ETABLE，ST，CONT，STAT ！

ETABLE，GAP，CONT，GAP ！

ESORT，ETAB，PRES，0 ！

PRETAB，PRES，ST，GAP，PENE ！

FINISH ！

完成求解后进入后处理器。

（17）在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Deformed Shape命令，弹出图11-46所示的Plot Deformed Shape对话框。

在该对话框中选中Def+undef edge单选按钮，单击OK按钮，即可在工作区中显示如图11-47所示的变形图。

（18）在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，弹出图11-49所示的Contour Nodal Solution Data对话框。

在Item to be contoured列表框中选择Nodal Solution＞DOF Solution＞Displacement vector sum，单击OK按钮，即可在工作区中看到位移云图，如图11-50所示。

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图11-46 Plot Deformed Shape对话框

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图11-47 变形图

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图11-48 Contour Nodal Solution Data对话框

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图11-49 显示位移

采用同样的方法显示应力云图，如图11-50和图11-51所示。

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图11-50 Y方向应力云图

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图11-51 第1主应力云图

（19）单击工具栏中的Quit按钮，弹出Exit对话框。选中Save Everything（保存所有项目）单选按钮，单击OK按钮，退出ANSYS。

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