14.2.2  GUI方式

14.2.2 GUI方式

1.建立模型并划分网格

1）设置分析标题：执行Utility Menu＞File＞ChangeTitle命令，在输入栏中输入Contact Analysis，单击OK按钮。

2）定义单元类型：执行Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，如图14-2所示，单击Add按钮，弹出如图14-3所示的Li-brary of Element Types对话框，单击选择Structural Solid和Brick 8node 185，单击OK按钮，然后单击Element Types对话框的Close按钮。

图14-2 Element Types对话框

图14-3 Library of Element Types对话框

3）定义材料性质：执行Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，弹出如图14-4所示的Define Material Model Behavior对话框，在Material Models Available栏目中连续选择Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic选项，弹出如图14-5所示Linear Isotropic Propertities for Material Number 1对话框，在EX后面输入30E6，在PRXY后面输入0.25，单击OK按钮。然后执行Define Material Models Behavior对话框上的Material＞Exit退出。

图14-4 Define Material Model Behavior对话框

4）生成圆柱：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylinder＞By Dimesions命令，弹出如图14-6所示的Create Cylinder by Dimensions对话框，在RAD1 Outer radius后面输入1.5，在Z1，Z2 Z-coordinates后面输入2.5、4.5，单击OK按钮。

5）打开Pan-Zoom-Rotate工具条：执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Pan，Zoom，Rotate命令，弹出Pan-Zoom-Rotate工具条，如图14-7所示，单击Iso按钮，单击Close按钮关闭之。结果显示如图14-8所示。

6）生成圆柱孔：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylinder＞By Dimesions命令，弹出如图14-6所示的对话框，在RAD1 Outer radius后面输入0.45，在Z1，Z2 Z-coordinates后面输入2.5，4.5，单击OK按钮。

图14-5 Linear Isotropic Propertities for Material Number 1对话框

图14-6 Create Cylinder by Dimensions对话框

图14-7 Pan-Zoom-Rotate工具条

图14-8 实体模块显示

7）体相减操作：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Sub-stract＞Volumes命令，弹出一个拾取框，在图形上拾取大圆柱体，单击OK按钮，又弹出一个拾取框，在图形上拾取小圆柱体，单击OK按钮，结果显示如图14-9所示。

图14-9 布尔相减之后的模型图

8）生成圆柱套管：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylin-der＞By Dimesions命令，弹出如图14-6所示的对话框，在RAD1 Outer radius后面输入0.5，在Z1，Z2 Z-coordinates后面输入2.0和5，单击OK按钮。

9）打开体编号显示：执行Utility Memu＞PlotCtrls＞Numbering命令，弹出Plot Numbering Controls对话框，在VOLU Volume numbers后面单击使其显示为On，如图14-10所示，单击OK按钮。

10）重新显示：执行Utility Menu＞Plot＞Replot命令，结果显示如图14-11所示。

图14-10 Plot Numbering Controls对话框

图14-11 套筒和套管显示

11）显示工作平面：执行Utility Menu＞WorkPlane＞Display WorkingPlane命令。

12）设置工作平面：执行Utility Menu＞WorkPlane＞WPS ettings命令，弹出WP Settings工具条，如图14-12所示，单击选中Grid and Triad选项，单击OK按钮。

13）移动工作平面：执行Utility Menu＞WorkPlane＞Offset WP by Increments命令，弹出Offset WP工具条，如图14-13所示，用鼠标拖动小滑块到最右端，滑块上方显示为90，然后单击+Y按钮，单击OK按钮。

图14-12 WP Settings工具条

图14-13 Offset WP工具条

14）体分解操作：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Divide＞Volu by Workplane命令，弹出Divide Vol by WP拾取菜单，单击PickAll按钮。

15）重新显示：执行Utility Menu＞Plot＞Replot命令，结果如图14-14所示。

16）保存数据：单击工具条上的SAVE_DB按钮。

17）体删除操作：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Delete＞Volumes and Below命令，弹出一个拾取框，在图形上拾取右边的套筒和套管，单击OK按钮，屏幕显示如图14-15所示。

图14-14 第一次用工作平面做布尔分操作

图14-15 删除右边模型

18）移动工作平面：执行Utility Menu＞WorkPlane＞Offset WP by Increments命令，弹出Offset WP工具条，用鼠标拖动小滑块到最右端，滑块上方显示为90，然后单击+X按钮，单击OK按钮。

19）体分解操作：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Divide＞Volu by Workplane命令，弹出Divide Vol by WP拾取菜单，单击Pick All按钮。

20）重新显示：执行Utility Menu＞Plot＞Replot命令，结果如图14-16所示。

21）体删除操作：执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Delete＞Volumes and Below命令，弹出Delete Volumes拾取菜单，在图形上拾取上半部套筒和套管，单击OK按钮，屏幕显示如图14-17所示。

图14-16 第二次用工作平面进行布尔分操作

图14-17 删除上半部模型

22）重新显示：执行Utiltiy Menu＞Plot＞Replot命令。

23）保存数据：单击工具条上的SAVE_DB按钮。

24）关闭工作平面：执行Utility Menu＞WorkPlane＞Display Working Plane命令。

25）打开线编号显示：执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering命令，弹出Plot Numbe-ring Controls对话框，勾选LINE Line numbers复选框使其显示为On，单击OK按钮。

26）设置线单元尺寸：执行Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Manual Size＞Lines＞Picked Lines命令，弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为7的线，单击OK按钮，又弹出如图14-18所示的Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No. of element divi-sions后面输入10，单击Apply按钮，又弹出拾取框，在图形上拾取编号为27的线，单击OK按钮，弹出对话框，在NDIV No. of element divisions后面输入5，单击Apply按钮，又弹出拾取框，在图形上拾取编号为17的线（套管所在套筒前面的弧线），如图14-19所示，单击OK按钮，弹出Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No. of element divisions后面输入5，单击OK按钮。

图14-18 Element Sizeson Picked Lines对话框

图14-19 L17线的显示

27）有限元网格的划分：执行Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Volume Sweep＞Sweep命令，弹出Volume Sweeping拾取菜单，单击Pick All命令。结果显示如图14-20所示。

28）优化网格：执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Size and Shape命令，弹出如图14-21所示的Size and Shape对话框，在[EFACET]Facets/element edge后面的下拉列表选择2 fac-ets/edge，单击OK按钮。

29）保存数据：单击ANSYS Toolbar上的SAVE_DB按钮。

2.定义接触对

1）创建目标面：执行Main Menu＞Prerprocessor＞Modeling＞Create＞Contact Pair命令，弹出如图14-22所示的Contact Manager对话框，单击Contact Wizard按钮（对话框左上角）。弹出如图14-23所示的Contact Wizard对话框，接受默认选项，单击Pick Target按钮，弹出一个拾取框，在图形上单击拾取套筒的接触面，如图14-24所示，单击OK按钮。

图14-20 网格显示

图14-21 Size and Shape对话框

图14-22 Contact Manager对话框

图14-23 Contact Wizard对话框（1）

图14-24 选择目标面的显示(https://www.daowen.com)

2）创建接触面：屏幕再次弹出Contact Wizard对话框，单击Next按钮，弹出如图14-25所示的Contact Wizard对话框，在Contact Element Type选项组选中Surface-to-Surface单选按钮，单击Pick Contact按钮，弹出一个拾取框，在图形上单击拾取圆柱套管的接触面，如图14-26所示，单击OK按钮，再次弹出Add Contact Pair按钮，单击Next按钮。

图14-25 Contact Wizard对话框（2）

图14-26 选择接触面的显示

3）设置接触面：又弹出Contact Wizard对话框，如图14-27所示，在Coefficient of Fric-tion后面输入0.2，单击Optional settings按钮，弹出如图14-28所示的对话框，在Normal Penalty Stiffness后面输入0.1，单击OK按钮。

图14-27 Contact Wizard对话框（3）

图14-28 Contact Properties对话框

4）接触面的生成：又回到Add Contact Pair对话框，单击Create按钮，弹出Contact Wizard提示框，如图14-29所示，单击Finish按钮，结果如图14-30所示。

3.施加载荷并求解

1）打开面编号显示：执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering命令，弹出Plot Numbering Controls对话框，勾选AREA Area numbers复选框使其显示为On，勾选LINE Line numbers复选框使其显示为Off，单击OK按钮。

图14-29 Contact Wizard提示框

图14-30 接触面显示

2）施加对称位移约束：执行Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞Symmetry B.C.＞On Areas命令，弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为10，3，4，24的面，单击OK按钮。

3）施加面约束条件：执行Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Dis-placement＞On Areas命令，弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为28的面（即套筒左边的面），单击OK按钮，又弹出如图14-31所示的Apply U，ROT on Areas对话框，单击选择All DOF，然后单击OK按钮。

图14-31 Apply U.ROT on Areas对话框

4）对第一个载荷步设定求解选项：执行Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol′n Con-trols命令，弹出Solution Controls对话框，在A-nalysis Options的下拉列表中选择Large Dis-placement Static选项，在Time at end of loadstep后面输入100，在Automatic time stepping下拉列表中选择Off选项，在Number of substeps后面输入1，如图14-32所示，单击OK按钮。

图14-32 Solution Controls对话框

5）第一个载荷步的求解：执行Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，弹出/STATUS Command状态窗口和Solve Current Load Step对话框，仔细浏览状态窗口中的信息然后关闭它，单击Solve Current Load Step对话框中的OK按钮开始求解。求解完成后会弹出Solution is done提示框，单击Close按钮。

6）重新显示：执行Utility Menu＞Plot＞Replot命令。

注意：

在开始求解的时候，可能会跳出警告信息提示框和确认对话框，单击OK按钮即可。

7）选择节点：执行Utility Menu＞Select＞Entities命令，弹出如图14-33所示的Select Entities工具条，在第一个下拉列表中选择Nodes选项，在第二个下拉列表中选择By Location选项，选择Z coordinates单选按钮，在“Min，Max”下面空白处输入5，单击OK按钮。

8）施加节点位移：执行Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Dis-placement＞On Nodes命令，弹出一个拾取框，单击Pick All按钮，又弹出如图14-34所示Apply U，ROT on Nodes对话框，在Lab2 DOFs to be constrained后面选中UZ选项，在VAL-UE Displacement value后面输入2.5，单击OK按钮。

图14-33 Select Entities工具条

图14-34 Apply U，ROT on Nodes对话框

9）对第二个载荷步设定求解选项：执行Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls命令，弹出Solution Controls对话框，在Analysis Options的下拉列表中选择Large Dis-placement Static选项，在Time at end of loadstep后面输入200，在Automatic time stepping后面的下拉列表中选择On选项，在Number of substeps后面输入100，在Max no. of substeps后面输入10000，在Min no. of substeps后面输入10，在Frequency下拉列表中选择Write N num-ber of substeps选项，在where N=后面的空白处输入-10，如图14-35所示，单击OK按钮。

10）选择所有实体：执行Utility Menu＞Select＞Everythig命令。

11）第二个载荷步的求解：执行Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，弹出/STATUS Command状态窗口和Solve Current Load Step对话框，仔细浏览状态窗口中的信息然后关闭它，单击Solve Current Load Step对话框中的OK按钮开始求解。求解完成后会弹出Solution is done提示框，单击Close按钮。

图14-35 Solution Controls对话框

4.Post1后处理

1）设置扩展模式：执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Symmetry Expansion＞Periodic/Cyclic Symmetry命令，弹出如图14-36所示的Periodic/Cyclic Symmetry Expansion对话框，接受默认选择，单击OK按钮。

2）读入第一个载荷步的计算结果：执行Main Menu＞General Postproc＞Read Results＞By Load Step对话框，弹出如图14-37所示的Read Results by Load Step Number对话框，在LSTEP Load step number后面输入1，单击OK按钮。

图14-36 Periodic/Cyclic Symmetry Expansion对话框

图14-37 Read Results by Load Step Number对话框

3）Von-Mises应力云图显示：执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，弹出Contour Nodal Solution Data对话框，在Item to be contoured下面依次选择Nodal Solution＞Stress＞von Mises stress选项，如图14-38所示，单击OK按钮，结果显示如图14-39所示。

4）读入某时刻计算结果：执行Main Menu＞General Postproc＞Read Results＞By Time/Freq命令，弹出如图14-40所示的Read Results by Time or Frequency对话框，在TIME Value of time or freq后面输入120，单击OK按钮。

图14-38 Contour Nodal Solution Data对话框

图14-39 第一个载荷步的应力云图

5）选择单元：执行Utility Menu＞Select＞Entities命令，弹出Select Entities工具条，在第一个下拉列表中选择Elements选项，在第二个下拉列表中选择By Elem Name选项，在El-ement name下面输入174，如图14-41所示，按下＜Enter＞键，单击OK按钮。

6）接触面压力云图显示：执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，弹出如图14-42所示的Contour Nodal Solution Data对话框，在Item to be contoured下面依次选择Nodal Solution＞Contact＞Contact pressure选项，单击OK按钮，结果显示如图14-43所示。

图14-40 Read Results by Time or Frequency对话框

图14-41 Select Entities工具条

图14-42 Contour Nodal Solution Data对话框

图14-43 接触面压力云图

7）读取第二个载荷步的计算结果：执行Main Menu＞General Postproc＞Read Results＞By Load Step命令，弹出Read Results by Load Step Number对话框，在LSTEP Load step num-ber后面输入2，单击OK按钮。

8）选择所有模型：执行Utility Menu＞Select＞Everything。

9）Von-Mises应力云图显示：执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，弹出Contour Nodal Solution Data对话框，在Item to be contoured下面依次选择Nodal Solution＞Stress＞von Mises stress选项，单击OK按钮，结果显示如图14-44所示。

图14-44 套管拔出时的应力云图

图14-45 Time History Variables对话框

5.Post26后处理

定义时域变量：执行Main Menu＞TimeHist Postpro命令，弹出如图14-45所示的Time History Variables对话框，单击左上加的按钮，弹出如图14-46所示的Add Time-History Variables对话框，依次选择Reaction Forces＞Structural Forces＞Z-Component of force选项，单击OK按钮，弹出Node for Data拾取框，在图形上拾取套管端部的任何一个节点（即Z坐标为5的任何一个节点），单击OK按钮。

绘制节点反力随时间的变化图：在Time History Variables对话框中，单击Graph Data按钮（左上角第三个按钮），则在屏幕上绘制出以节点反力随时间的变化图，如图14-47所示。

图14-46 Add Time-History Variables对话框

图14-47 节点反力时间曲线图

6.退出ANSYS

单击ANSYS Toolbar上的QUIT按钮，弹出Exit from ANSYS对话框。选择Quit-No Save选项，单击OK按钮。