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1、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：l 球窝连接2D轴对称模型l 材料：钢对钢l 接触：球形界面摩擦区域0.40的摩擦系数l 载荷和边界条件：窝固定在顶部球的下部在-Y方向
2、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 19.21. 主要分析过程及注意事项分析过程：l 打开workbench，从左侧的“analysis system”中拖入“static structu
3、ral”到中间空白区域l 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”。l 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 ”。 l 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
4、,s,mV,mA)l 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）l 在analysis setting里把Large Deflection改为 ONl 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 me
5、sh可观看效果l 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。l 选中solution，插入deformation total，还有它下面的strain equivalent(von mise) 和stress equivalent(von mise)l 依然选中solution，这次插入contact tool因为前面我们将behavior设为auto symmetric，所
6、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。l 左击选中Contact Tool，右击 Insert Pressure和 Penetration。最后，。l 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，接着：file import external source
7、 geometry，导入之后再点击generate，问题解决。B. 关于contacts formulation的选择：在内部互换！C. 对称与非对称：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
8、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。
9、实验结果表明，软件把窝设成了contact面，把球设成了target面。VS 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。0.5mm，von-Mises应力云图 1.0mm，von-Mises应力云图0.5mm，位移云图1.0mm，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。 0.5mm，接触状态云图 1.0mm，接触状态云图 0.5mm，接触压力云图 1.0mm，接触压力云图 0.5mm，接触渗透云图 1.0mm，接触渗透云图
