ansys接觸面積計算
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys接觸面積計算的視頻教程
ansys接觸面積計算的實例教程
Ansys Workbench ACT插件，由窗口選中體單元，提取體積和表面積，計算幾何特征尺寸
問題：
在FKM關(guān)于結(jié)構(gòu)疲勞評估計算方法中指出：零部件特征尺寸，影響疲勞結(jié)果評估。原因是材料的應(yīng)力壽命曲線是由標準試樣進行試驗測試獲得的。當零部件的特征尺寸與測試樣件不一致時，需要考慮零部件的特征尺寸這一因素。（一般而言，當零部件的尺寸大于材料標準測試樣件時，零部件的表面或內(nèi)部缺陷發(fā)生的概率會增加，從而導致零部件尺寸越大，疲勞壽命越低）
對與規(guī)則幾何形狀的零部件，有相應(yīng)的經(jīng)典公式提供特征尺寸的計算；例如圓形細長桿的特征尺寸是直徑；薄板零部件的特征尺寸是板厚等；但是實際工作中的零部件幾何形狀千差萬別，沒有統(tǒng)一的經(jīng)典公式可以提供特征尺寸的計算；在FKM手冊中給出了一個通用公式，用于估計零部件疲勞危險區(qū)域的局部特征尺寸；
FKM關(guān)于循環(huán)載荷的疲勞評估中，提及可以使用循環(huán)載荷下的有限元應(yīng)力結(jié)果進行疲勞損傷估計。此時，除了需要由應(yīng)力結(jié)果估計危險疲勞區(qū)域，提取危險點的應(yīng)力結(jié)果外，還需要給出危險疲勞區(qū)域的特征尺寸。在Ansys Workbench中，用戶可以方便的查看應(yīng)力結(jié)果云圖，從而大體評估出危險疲勞區(qū)域。并且用戶可以通過選取高應(yīng)力區(qū)域的單元體，再通過特征尺寸一般計算公式，來估計高應(yīng)力區(qū)域的特征尺寸，進行進行合理的FKM疲勞評估。
但是，Ansys Workbench中，當用戶選中了某個/某些體單元后，在選擇信息欄中并不能直接給出單元體積和表面的有效信息輸出。并且通過查詢資料，即使在APDL經(jīng)典界面中對與體單元也是僅僅只能輸出體積（沒有體單元表面的輸出）；并且對與FKM特征尺寸的一般計算公式中，關(guān)于表面積A，也并不是指每個體單元所有面的表面積的總和。
展開 首先，更正個錯誤：在上一篇公眾號文章《平行圓柱體的赫茲接觸計算與ANSYS實現(xiàn)》赫茲公式的插圖中，球體赫茲接觸的計算公式出現(xiàn)了錯誤，在此為自己的疏忽向讀者們表示歉意！正確的計算公式如下：
在上一篇公眾號中，我們一起討論了平行圓柱體的赫茲接觸計算方法及其有限元計算方法。我們發(fā)現(xiàn)：在控制好所有條件以后，使用ANSYS計算出的赫茲接觸應(yīng)力（壓力）與使用赫茲公式計算出的應(yīng)力結(jié)果幾乎完全一致；接觸面半寬的計算結(jié)果誤差也在可接受的范圍之內(nèi)。今天，我們一起討論下球體的赫茲接觸計算方法及ANSYS實現(xiàn)。
我們以兩個直徑為100mm，
泊松比為0.3、彈性模量為200Gpa的
球體為例，假設(shè)外載F=1000N，分別基于
赫茲公式和
ANSYS軟件計算一下接觸面面半徑和最大接觸應(yīng)力：
一、基于赫茲公式的計算：
同樣，對于赫茲公式的計算，筆者編了一個簡單的Python小程序，程序代碼如下：
根據(jù)計算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，該問題中兩物體的接觸面半寬為0.5546mm，遠小于接觸物體的結(jié)構(gòu)尺寸，因此
符合赫茲公式的假設(shè)。
二、基于ANSYS軟件的計算：
使用ANSYS計算時，只需要在公眾號文章《平行圓柱體的赫茲接觸計算與ANSYS實現(xiàn)》基礎(chǔ)上，做如下修改即可：
Step1
平面分析設(shè)置修改
將Step5中的2D Behavior修改成Axisymmetric（軸對稱）。
Step2
刪除軸對稱設(shè)置
將Step6中的軸對稱設(shè)置刪除。
展開 赫茲公式也是基于一定的假設(shè)，其作出的假設(shè)如下：
用a表示接觸區(qū)的有效尺寸，用ρ表示曲率半徑，用R表示每個物體的有效半徑，用l表示物體橫向和深度兩方面的有效尺寸，則赫茲理論中做出的假設(shè)可以簡單表述成：
1. 表面都是連續(xù)的，并且是非協(xié)調(diào)的：a〈〈 ρ；
2. 接觸尺寸遠小于接觸物體尺寸；
3. 小應(yīng)變；
4. 每個接觸物體都是線彈性的，服從胡克定律；
5. 接觸物體間摩擦力為0。
為了對赫茲公式的計算結(jié)果和ANSYS的計算結(jié)果進行對比，我們選擇以兩橫截面直徑為100mm、b為100mm，
泊松比為0.3、彈性模量為200Gpa的
長圓柱體為例，假設(shè)外載F=20kN，分別基于
赫茲公式和
ANSYS軟件計算一下接觸面面半寬和最大接觸應(yīng)力：
一、基于赫茲公式的計算：
為了計算方便，此處筆者將赫茲公式編制成了一個簡單的Python小程序，代碼及計算結(jié)果如下：
根據(jù)計算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，該問題中兩物體的接觸面半寬為0.2407mm，遠小于接觸物體的結(jié)構(gòu)尺寸，因此
符合赫茲公式的假設(shè)。
二、基于ANSYS軟件的計算：
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為
靜力學分析；
2. 確定單元類型：
兩長圓柱體的分析計算，為了降低計算量，可使用1/4的平面應(yīng)變模型計算（具體選用規(guī)則請看本公眾號
《ANSYS與材料力學之軸向拉伸和壓縮（二）》
）。
展開 本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學、并行計算。
文末領(lǐng)取學習資料
下面我們看看具體的更新內(nèi)容：
一、單元部分
增強單元性能加強
面增強單元的彎曲剛度
使用單軸剛度單元進行反向求解
耦合單元的增強
運動副單元增強
二、接觸部分
基于Dual Shape函數(shù)的接觸算法
新的自適應(yīng)小滑移選項
殼-實體組裝件的準確性改進
螺栓預(yù)緊支持通用軸對稱單元
網(wǎng)格獨立點焊增強功能
瞬態(tài)動力學精度改進：HHT算法
力矩收斂參考值計算穩(wěn)健性改進
三、斷裂力學
基于應(yīng)力比率的疲勞裂紋閉合
Paris定律與裂縫閉合效應(yīng)相結(jié)合
應(yīng)力比率（R）相關(guān)的疲勞裂紋擴展規(guī)律
靜態(tài)裂紋擴展的溫度/時間相關(guān)斷裂準則
自適應(yīng)裂紋初始化/插入
3D界面單元
動態(tài)裂紋擴展尺寸控制
四、求解器效率提升
資源預(yù)測增強
分布式求解增強
文章篇幅有限
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問題：
在FKM關(guān)于結(jié)構(gòu)疲勞評估計算方法中指出：零部件特征尺寸，影響疲勞結(jié)果評估。原因是材料的應(yīng)力壽命曲線是由標準試樣進行試驗測試獲得的。當零部件的特征尺寸與測試樣件不一致時，需要考慮零部件的特征尺寸這一因素。（一般而言，當零部件的尺寸大于材料標準測試樣件時，零部件的表面或內(nèi)部缺陷發(fā)生的概率會增加
本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學、并行計算。
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下面我們看看具體的更新內(nèi)容：
一、單元部分
增強單元性能加強
面增強單元的彎曲剛度
使用單軸剛度單元進行反向求解
耦合單元的增強
運動副單元增強
二、接觸部分
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首先，更正個錯誤：在上一篇公眾號文章《平行圓柱體的赫茲接觸計算與ANSYS實現(xiàn)》赫茲公式的插圖中，球體赫茲接觸的計算公式出現(xiàn)了錯誤，在此為自己的疏忽向讀者們表示歉意！正確的計算公式如下：
在上一篇公眾號中，我們一起討論了平行圓柱體的赫茲接觸計算方法及其有限元計算方法。我們發(fā)現(xiàn)：在控制好所有條件以后，使用ANSYS計算出的赫茲接觸應(yīng)力
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1882年，年僅25歲的德國天才物理學家赫茲發(fā)表了關(guān)于接觸力學的著名文章《關(guān)于彈性固體的接觸（On the contact of elastic solids）》，系統(tǒng)地闡述了兩物體之間接觸面上所傳遞的壓力分布，以及它所引起的垂直于接觸面的彈性位移在接觸區(qū)內(nèi)、外的關(guān)系。另外，赫茲在這篇論文中提出了有關(guān)彈性體接觸的理論公式——赫茲公式
