2024年1月12日发(作者：)

上海大学 2018 ～ 2019 学年 冬 季学期试卷 A 上机操作题

课程名：机械工程中的CAE 课程号： 23326052 学分： 4

应试人声明：

我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则》，如有考试违纪、作弊行为，愿意接受《上海大学学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定》的纪律处分。

应试人

王伟达 应试人学号 15124809 应试人所在院系 中欧

五 上机操作题 （30分）

目标：使用接触预测球（Ball）和窝（Socket）间的球形界面的压力形貌。

模型描述：

 球窝连接2D轴对称模型

 材料：

钢对钢

 接触：

球形界面摩擦区域

0.40的摩擦系数

 载荷和边界条件：

窝固定在顶部

球的下部在-Y方向施加1000N力

上机实验报告要求：

1、写出主要的分析过程及哪些方面需要加以注意（4分）；

2、用总体单元尺寸分别为1.0和0.5mm划分网格，绘出划分网格后的有限元模型图（6分）；

3、分别绘出两种网格划分方式下结构的von-Mises应力云图及位移云图，并在云图上标示出最大值所发生的位置；用contact tool绘出两种网格划分方式下接触面的接触状态，接触压力以及接触渗透云图。（20分）。

上机实验报告:

软件版本：ANSYS workbench 19.2

1. 主要分析过程及注意事项

分析过程：

 打开workbench，从左侧的“analysis system”中拖入“static structural”到中间空白区域

 由于材料已经是默认的结构钢，所以我们不用修改，但是单位和它的显示模式我们要改成像下图中的(Tonne,mm,…)和“display values in project units”。

 在geometry中导入“ball-socket.x_t ”之前，先在右边的属性栏里，找到analysis type，将3D改为2D，改完之后再导入“ball-socket.x_t ”。

 双击model进去“mechanical”，选中Geometry，在Definition中把2D Behavior改为Axisymmetric。同时检查工作单位制是否是Metric (mm,kg,N,s,mV,mA)

 选中“contacts”，插入“Frictional”

Frictional Coefficient设为0.4，behavior改为auto asymmetric（自动非对称），formulation改为augmented lagrange（后面的试验结果表明，formulation设为program controlled，结果都一样）

 在analysis setting里把Large Deflection改为 ON

 鼠标选中mesh，我们可以在下面的element size 改变网格大小，本上机实验中会分别试验1.0mm和0.5mm，修改完后右键generate mesh可观看效果



选中static structural，插入fixed support ，选中socket的上边线，并apply，然后在插入loads里的force，这时选择ball的下边线，并apply，在define by里选择component，并在y方向上输入-1000。

 选中solution，插入deformation total，还有它下面的strain – equivalent(von mise) 和stress –

equivalent(von mise)

 依然选中solution，这次插入contact tool

因为前面我们将behavior设为auto symmetric，所以这里contact side最好设为both，因为在自

动非对称行为中，软件会智能调换你前面设的contact面和target面，所以在计算结果里最好把两个面都显示出来，但最终的结果只属于接触面。

 左击选中Contact Tool，右击 > Insert > Pressure和 Penetration。最后，

。

 注意事项：

A. 本人在自己的电脑上往geometry导入ball-socket.x_t 后，试着双击打开model，结果跳出右图这个错误窗口解决方法：

，

右击geometry进入new designmodeler geometry– import external source geometry，导入之后再点击generate，问题解决。，接着：file

B. 关于contacts formulation的选择：

C. 对称与非对称：在内部互换！

D. 对称行为，能分别计算出接触面和目标面的结果，但得去contact tool分别单独设置contact side，选择both的话只会显示目标面的结果（本结论适用于ansys 19.2）。

E. 非对称性为，只有接触面上的结果，目标面上的结果为零。

F. 经过本人试验，你在里，

不管是把“球设为contact，窝设为target”还是“球设为target，窝设为contact”

又或是“把behavior设成program controlled，把formulation 也设成program controlled”

还是“把behavior设成auto Asymmetric ，把formulation 也设成Augmented Lagrange”

它们三的计算结果都一样，比如，pressure都是9.9126Mpa！

这么做的好处是你万一不知道“球设为contact，窝设为target”还是“球设为target，窝设为contact”哪个好，你把behavior设成program controlled或者auto Asymmetric，软件会自动帮你选择最佳的方案，当然你需要在contact tool里把contact side设为both。

实验结果表明，软件把窝设成了contact面，把球设成了target面。

2、用总体单元尺寸分别为1.0和0.5mm划分网格，绘出划分网格后的有限元模型图。

A. 这是用1.0mm的单元尺寸划分的网格：

B. 这是用0.5mm的单元尺寸划分的网格：

3、分别绘出两种网格划分方式下结构的von-Mises应力云图及位移云图，并在云图上标示出最大值所发生的位置；用contact tool绘出两种网格划分方式下接触面的接触状态，接触压力以及接触渗透云图。

①0.5mm，von-Mises应力云图

② 1.0mm，von-Mises应力云图

③0.5mm，位移云图

④1.0mm，位移云图

为了直观地感受零件间的相对位移，我们可以通过auto scale来放大微小的位移。

⑤

0.5mm，接触状态云图

⑥

1.0mm，接触状态云图

⑦

0.5mm，接触压力云图

⑧

1.0mm，接触压力云图

⑨

0.5mm，接触渗透云图

⑩

1.0mm，接触渗透云图