ANSYSWorkbench18.0实例分析过程

1.启动Workbench 18.0

在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。

图2-1 片弹簧及平板模型

2.创建结构静力分析

（1）在工具箱【Toolbox】的【Analysis Systems】中双击或拖动结构静力分析【Static Structur-al】到项目分析流程图，如图2-2所示。

图2-2 创建结构静力分析

（2）在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目实例名为Spring plate.wbpj。工程实例文件保存在D：\AWB\Chapter02文件夹中。

3.创建材料参数

（1）编辑工程数据单元：右键单击【Engineering Data】→【Edit】。

（2）在工程数据属性中增加新材料：单击【Outline of Schematic A2，B2：Engineering Da-ta】→【Click here to add a new material】输入新材料名称60Si2Mn。

（3）在左侧单击【Physical Properties】展开→双击【Density】→【Properties of Outline Row 4：60Si2Mn】→【Density】=7850kg/m³。

（4）在左侧单击【Linear Elastic】展开→双击【Isotropic Elasticity】→【Properties of Outline Row 4：60Si2Mn】→【Young’s Modulus】=2.07E+11Pa。

（5）【Properties of Outline Row 4：60Si2Mn】→【Poisson’s Ratio】=0.3，如图2-3所示。

图2-3 创建材料

（6）单击工具栏中的【A2：Engineering Data】关闭按钮，返回到Workbench主界面，新材料创建完毕。

4.导入几何模型

在结构静力分析上，右键单击【Geometry】→【Import Geometry】→【Browse】→找到模型文件Spring plate.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter02文件夹中。

5.进入Mechanical分析环境

（1）在结构静力分析上，右键单击【Model】→【Edit】进入Mechanical分析环境。

（2）在Mechanical的主菜单【Units】中设置单位为Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）。

6.为几何模型分配材料

在导航树里单击【Geometry】展开→选择【Spring，Plate】→【Details of“Multiple Selec-tion”】→【Material】→【Assignment】=60Si2Mn，其他默认。

7.创建接触连接

（1）在导航树上展开【Connections】→【Contacts】，单击【Contact Region】，默认程序自动识别的弹簧曲面为接触面，与其相邻的平板面为接触面。右键单击【Contact Region】，从弹出的快捷菜单中选择【Rename Based On Definition】，重新命名目标面与接触面，如图2-4所示。

图2-4 创建接触连接

（2）接触设置：单击【Bonded-Spring To Plate】→【Details of“Bonded-Spring To Plate”】→【Definition】→【Type】=Frictionless，【Behavior】=Asymmetric；【Advanced】→【Formulation】=Augmented Lagrange，【Detection Method】=On Gauss Point，【Normal Stiffness】=Manual，【Normal Stiffness Factor】=1e-005，【Pinball Region】=Radius，【Pinball Radius】=3mm；【Geometric Modification】→【Interface Treatment】=Adjust to Touch，其他默认，如图2-5所示。

8.划分网格

（1）在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Sizing】→【Relevance Center】=Medium，【Sizing】→【Element Size】=0.5mm；其他默认。

（2）生成网格：右键单击【Mesh】→【Generate Mesh】，图形区域显示程序生成的六面体网格模型，如图2-6所示。

图2-5 接触设置

图2-6 划分网格

（3）网格质量检查：在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Display Style】=El-ement Quality，显示Element Quality规则下网格质量状态，如图2-7所示；【Mesh Metric】=Element Quali-ty，显示Element Quality规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。

9.接触初始检测

（1）在导航树上，右键单击【Connections】→【In-sert】→【Contact Tool】。

（2）右键单击【Contact Tool】，从弹出的快捷菜单中选择【Generate Initial Contact Results】，经过初始运算，得到接触状态信息，如图2-8所示。注意图示接触状态值是按照网格设置后的状态，也可先不设置网格，查看接触初始状态。

图2-7 网格质量显示

图2-8 接触初始检测

10.施加边界条件

（1）单击【Static Structural（A5）】。

（2）施加平板压缩弹簧片位移：首先在标准工具栏中单击，然后选择平硬板两端面，接着在环境工具栏中单击【Supports】→【Displacement】→【Details of“Displacement”】→【Defi-nition】→【Define By】=Components，【X Component】=-8mm，【Y Component】=0mm，【Z Component】=0mm，如图2-9所示。

（3）施加约束：首先在标准工具栏中单击，然后选择弹簧的直长侧端面，接着在环境工具栏中单击【Supports】→【Fixed Support】，如图2-10所示。(www.xing528.com)

图2-9 施加载荷

图2-10 施加约束

（4）非线性设置：单击【Analysis Settings】→【Details of“Analysis Settings”】→【Step Controls】→【Auto Time Stepping】=On，【Define By】=Substeps，【Initial Substeps】=10，【Minimum Substeps】=5，【Maximum Substeps】=25；【Solver Controls】→【Large Deflection】=On，其他默认，如图2-11所示。

11.设置需要的结果

（1）在导航树上单击【Solution（A6）】。

（2）在求解工具栏中单击【Deformation】→【Total】。

（3）在求解工具栏中单击【Strain】→【Equivalent（von-Mises）】。

（4）在求解工具栏中单击【Stress】→【Equivalent（von-Mises）】。

图2-11 非线性设置

12.求解与结果显示

（1）在Mechanical标准工具栏中单击进行求解运算。

（2）运算结束后，单击【Solution（A6）】→【Total Deformation】，图形区域显示分析得到的弹簧变形分布云图，如图2-12所示；单击【Solution（A6）】→【Equivalent Elastic Strain】，显示弹簧应变分布云图，如图2-13所示；单击【Solution（A6）】→【Equivalent Stress】，显示弹簧等效应力分布云图，如图2-14所示。

图2-12 弹簧变形分布云图

图2-13 弹簧应变分布云图

图2-14 弹簧等效应力分布云图

（3）查看力收敛图：在导航树上单击【Solution In-formation】→【Details of“Solution Information”】→【Solu-tion Output】=Force Convergence，可以查看收敛曲线，如图2-15所示。

（4）查看位移收敛图：在导航树上单击【Solution In-formation】→【Details of“Solution Information”】→【Solution Output】=Displacement Convergence，可以查看收敛曲线，如图2-16所示。

13.接触追踪

（1）在导航树上右键单击【Solution Information】→【Insert】→【Contact】，单击【Number Contacting】→【Details of“Number Contacting”】→【Defini-tion】→【Type】=Penetration，【Scope】→【Contact Region】=Frictionless-Spring To Plate，其他默认。

（2）右键单击【Penetration】，从弹出的快捷菜单中选择【Evaluate All Contact Trackers】，运算后出现如图2-17所示的曲线与数表。

图2-15 力收敛图

图2-16 位移收敛图

图2-17 接触追踪渗透曲线与数表

图2-18 接触状态

14.接触评估

（1）在导航树上单击【Solution（A6）】。

（2）在求解工具栏中单击【Tools】→【Contact Tool】。

（3）右键单击【Contact Tool】→【In-sert】→【Pressure】，【Sliding Distance】。

（4）右键单击【Contact Tool】，从弹出的快捷菜单中选择【Evaluate All Results】，运算后，分别单击【Contact Tool】→【Sta-tus】查看接触状态结果，如图2-18所示；单击【Contact Tool】→【Pressure】查看接触压力结果，如图2-19所示；单击【Contact Tool】→【Sliding Distance】查看接触滑动距离，如图2-20所示。

图2-19 接触压力

图2-20 滑动距离

15.保存与退出

（1）退出Mechanical分析环境：单击Mechanical主界面的菜单【File】→【Close Mechani-cal】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的分析流程图中显示分析已完成。

（2）单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有分析结果文件。

（3）退出Workbench环境：单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成分析。