1．問題描述

一個鋼銷插在一個鋼塊中的光滑銷孔中。已知鋼銷的半徑是0.5 units, 長是2.5 units，而鋼塊的寬是4 Units, 長4 Units,高為1 Units,方塊中的銷孔半徑為0.49 units,是一個通孔。鋼塊與鋼銷的彈性模量均為36e6，泊松比為0.3.

由于鋼銷的直徑比銷孔的直徑要大，所以它們之間是過盈配合。現在要對該問題進行兩個載荷步的仿真。

（1）要得到過盈配合的應力。

（2）要求當把鋼銷從方塊中拔出時，應力，接觸壓力及約束力。

2．問題分析

由于該問題關于兩個坐標面對稱，因此只需要取出四分之一進行分析即可。

進行該分析，需要兩個載荷步：

第一個載荷步，過盈配合。求解沒有附加位移約束的問題，鋼銷由于它的幾何尺寸被銷孔所約束，由于有過盈配合，因而產生了應力。

第二個載荷步，拔出分析。往外拉動鋼銷1.7 units，對于耦合節點上使用位移條件。打開自動時間步長以保證求解收斂。在后處理中每10個載荷子步讀一個結果。

本篇先談第一個載荷步的計算。下篇再談第二個載荷步的計算。

3．讀入幾何體

首先打開ANSYS APDL14.5.

然后讀入已經做好的幾何體。

從【工具菜單】-->【File】-->【Read Input From】打開導入文件對話框

找到ANSYS自帶的文件

\Program Files\Ansys Inc\V145\ANSYS\data\models\block.inp

【OK】后四分之一幾何模型被導入。

4．定義單元類型

只定義實體單元的類型SOLID185。至于接觸單元，將在下面使用接觸向導來定義。

5．定義材料屬性

只有線彈性材料屬性：彈性模量36E6和泊松比0.3

6．劃分網格

打開MESH TOOL,先設定關鍵地方的網格劃分份數

然后在MESH TOOL中設定對兩個體均進行掃略劃分

按下【Sweep】按鈕，在主窗口中選擇兩個體，進行網格劃分。則結果如下

然后創建接觸單元。

從主菜單的下列地方點擊 contact  pair，即創建接觸對。

則彈出了接觸管理器

點擊上圖中紅色框內的按鈕，它是接觸向導。則彈出一個對話框如下

該對話框是接觸向導幫助用戶創建接觸的第一步，它問我們，請問目標面是哪些？它們是什么類型的接觸面？點擊上圖中的【pick target】，就是說，我們即將在主窗口中用鼠標來選擇目標面。

在本例子中，目標面就是銷孔的四分之一孔面。因此用鼠標在圖中選擇該面

選中后，在接觸向導中按下【Next】，則彈出下面的對話框

該對話框進一步要選擇接觸面，這里是鋼銷的四分之一圓柱面，同樣，點擊上圖中的【pick contact】，然后在主窗口中選擇該面如下

選中后，在接觸向導中按下【Next】，則彈出下面的對話框，它要進一步設置該接觸對的屬性，請注意紅色框內的選擇。

這里，包含了初始的滲透，使用的是1號材料，摩擦系數是0.2，然后還要按下按鈕【optional settings。。。】

在彈出來的接觸屬性設置中，首先在BASIC頁中設置法向懲罰剛度因子為0.1,然后點擊friction頁，

在這里，設置剛度矩陣是非對稱陣。然后點擊【OK】，則關閉該接觸屬性設置對話框，又回到了前面的接觸向導對話框。

在該對話框中，點擊【Create】,則接觸對被創立。彈出來一個對話框

其意義是說，該接觸對已經創建好了，你如果想使用該接觸對的話，那么請使用編號3的實常數集。

此時，如果再次打開單元類型對話框，會發現里面多了兩種單元。

即：TARGE170是目標單元，它覆蓋在銷孔內表面；CONTA174是接觸單元，它覆蓋在鋼銷外表面。

7．設置邊界條件

首先，改變對象的查看方式，用面的方式來查看對象，從而方便設置邊界條件。

然后，設置對稱邊界條件。從主菜單的下列地方找到設置邊界條件的地方

其含義是，要對幾個面設置對稱邊界條件。然后用鼠標在主窗口中選擇以下幾個面

則對稱邊界條件被設置好，主窗口中顯示如下

可見，在這幾個面上到處都是S，S就是對稱（Symmetry）的首字母，意味著這些面被設置為對稱邊界了。

然后還要固定鋼塊的一個面，從下列地方找到固定面的入口

然后在主窗口中找到該面

選擇完畢后彈出一個對話框，它問，對于該面上的所有節點，你希望固定這些節點的哪幾個自由度呢？

這里選擇ALL DOF，然后在下面的位移值中設置為0，就是說，該面上的所有節點，不要有任何位移。【ok】然后確認選擇。如果我們變換一下視角如下

就會發現該面上有幾個三角符號，意味著該面上的所有節點都已經被固定了。

8．進行求解設置

從下列菜單進入，選擇SOL’N CONTROLS，即設置求解控制選項，這是進行求解設置的主要入口

在彈出的對話框中設置如下

      意思是，打開大變形開關，關閉自動時間步長，并設置該載荷步結束時的時間是100，只有一個載荷子步。

然后進行求解。

9．后處理

進入后處理，查看Von Mises應力云圖。從下圖進入查看應力結果

在彈出的對話框中選擇二查看Von Mises應力

【OK】后主窗口顯示如下圖

可見，在接觸處應力最大，越往外層，應力越來越小。這與實際情況是一致的。

仍舊從這里進入，以查看接觸處的情況

可以看到，紅色框內提供一系列選項，查看接觸狀態，滲透情況，接觸壓力，摩擦應力，總應力，滑動距離，間隙距離等等。

下面是接觸處的滲透圖

可見，最大滲透量是0.003226.

下圖是接觸壓力

最后，存盤為file.db。下一篇會接著恢復該數據庫，做下一個拔出分析。