ANSYSWorkbench18.0工程实例分析

1.启动Workbench 18.0

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

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 Structural】到项目分析流程图，如图2-22所示。

（2）在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目实例名为Clamp.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【Engi-neering Data】→【Edit】。

图2-22 创建结构静力分析

（2）在工程数据属性中增加材料：在Work-bench的工具栏中单击工程材料源库，此时的主界面显示【Engineering Data Sources】和【Outline of Favorites】。选择A3栏【General materials】，从【Outline of General materials】里查找铜合金【Copper Alloy】材料，然后单击【Outline of General Material】表中的添加按钮，此时在C6栏中显示标示，表明材料添加成功，如图2-23所示。

图2-23 创建材料

（3）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Clamp.x_t，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

（1）为圆管分配材料：在导航树上单击【Geometry】展开→【Pipe】→【Details of“Pipe”】→【Material】→【Assignment】=Copper Alloy。

（2）卡箍、螺栓和螺母的材料默认为结构钢。

7.定义局部坐标

在Mechanical标准工具栏中单击，选择螺栓外表面；在导航树上右键单击【Coordinate Systems】，从弹出的快捷菜单中选择【Insert】→【Coordinate Systems】，【Coordinate System】→【Details of“Coordinate System”】→【Principal Axis】→【Axis】=Z，其他默认，如图2-24所示。

图2-24 局部坐标设置

8.接触设置

（1）在导航树上右键单击【Connections】→【Rename Based On Definition】，重新命名目标面与接触面。

（2）设置圆管与卡箍的接触：在导航树上展开【Connections】→【Contacts】，单击【Bond-ed-Holder To Pipe】→【Details of“Bonded-Holder To Pipe”】→【Definition】→【Type】=Frictional，【Frictional Coefficient】=0.15，【Behavior】=Symmetric；【Advanced】→【Formulation】=Aug-mented Lagrange，【Detection Method】=On Gauss Point；【Geometric Modification】→【Interface Treatment】=Adjust to Touch，其他默认，如图2-25所示。

（3）设置螺栓头与卡箍表面的接触：单击【Bonded-Holder To Bolt】→【Details of“Bond-ed-Holder To Bolt”】→【Scope】→【Contact】：单击3Faces，在空白处单击，单击选择卡箍侧面圆区域，然后单击【Apply】确定，如图2-26所示；【Target】：隐藏整个卡箍，单击4Faces，在空白处单击，单击选择卡箍侧面圆区域对应的螺栓头面，然后单击【Apply】确定，如图2-27所示；单击【Definition】→【Type】=Frictional，【Frictional Coefficient】=0.15，【Behavior】=Symmetric；【Advanced】→【Formulation】=Augmented Lagrange，【Detection Meth-od】=On Gauss Point，【Geometric Modification】→【Interface Treatment】=Add Offset，Ramped Effects，其他默认，如图2-28所示。

图2-25 摩擦接触设置

图2-26 设置摩擦接触面

图2-27 设置摩擦接触目标面

图2-28 摩擦接触设置

（4）设置螺母与卡箍表面的接触：单击【Bonded-Holder To Nut】→【Details of“Bonded-Holder ToNut”】→【Definition】→【Type】=Frictional，【Frictional Coefficient】=0.15，【Behav-ior】=Symmetric；【Advanced】→【Formulation】=Augmented Lagrange，【Detection Method】=On Gauss Point，【Geometric Modification】→【Interface Treatment】=Add Offset，Ramped Effects，其他默认，如图2-29所示。

（5）设置螺栓杆与圆管的接触：单击【Bonded-PipeTo Bolt】→【Details of“Bonded-Pipe To Bolt”】→【Definition】→【Type】=Frictionless，【Behavior】=Symmetric；【Advanced】→【Formulation】=Augmented Lagrange，【Detection Method】=On Gauss Point；【Geometric Modification】→【Interface Treatment】=Adjustto Touch，其他默认，如图2-30所示。

（6）设置螺栓杆与螺母的接触：单击【Bonded-Nut To Bolt】→【Details of“Bonded-Nut To Bolt”】→【Definition】→【Be-havior】=Symmetric；【Advanced】→【Formulation】=Pure Penalty，【Detection Method】=On Gauss Point，其他默认，如图2-31所示。

图2-29 摩擦接触设置

图2-30 无摩擦接触设置

图2-31 螺母接触设置

（7）设置螺栓杆与卡箍的接触：在导航树上单击【Contacts】，从连接工具栏中单击【Contact】→【Friction-less】，单击【Frictionless-No Selection To No Selection】→【Details of“Fric-tionless-No Selection To No Selec-tion”】→【Contact】：隐藏螺栓和圆管，单击选择卡箍两侧孔内表面，单击【Contact】右方的【No Se-lection】，然后单击【Apply】确定，如图2-32所示。【Target】：显示隐藏的螺栓和圆管，单击选择螺栓杆表面，单击【Target】右方的【No Selection】，然后单击【Apply】确定，如图2-33所示。单击【Frictionless-Holder To Bolt】→【Details of“Frictionless-Holder To Bolt”】→【Definition】→【Behavior】=Symmetric；【Ad-vanced】→【Formulation】=Augmented Lagrange，【Detection Method】=On Gauss Point；【Geomet-ric Modification】→【Interface Treatment】=Add Offset，No Ramping，其他默认，如图2-34所示。

图2-32 设置无摩擦接触面

图2-33 设置无摩擦接触目标面(www.xing528.com)

9.划分网格

（1）在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Defaults】→【Physics Preference】=Mechanical，【Relevance】=80；【Sizing】→【Size Function】=Curvature，【Relevance Center】=Medium，【Span Angle Center】=Medium，其他默认。

（2）在标准工具栏中单击，选择所有几何模型，然后在导航树上右键单击【Mesh】，从弹出的菜单中选择【Insert】→【Sizing】→【Details of“Body Sizing”-Sizing】→【Definition】→【Element Size】=2mm，其他默认。

（3）生成网格：右键单击【Mesh】→【Generate Mesh】，图形区域显示程序生成的网格模型，如图2-35所示。

图2-34 无摩擦接触设置

图2-35 划分网格

（4）网格质量检查：在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Element Quality，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。

10.接触初始状态检测

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

（2）右键单击【Contact Tool】，从弹出的快捷菜单中选择【Generate Initial Contact Re-sults】，经过初始运算，得到初始接触信息，如图2-36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2-36 接触初始状态检测

图2-37 非线性设置

11.施加边界条件

（1）单击【Static Structural（A5）】。

（2）非线性设置：单击【Analysis Settings】→【Details of“Analy-sis Settings”】→【Step Controls】→【Number Of Steps】=2，【Current Step Number】=2，【Step End Time】=2；【Solver Controls】→【Solver Type】=Direct，【Weak Spring】=Off，其他默认，如图2-37所示。

（3）施加预紧力：施加第1载荷步：首先在标准工具栏中单击，然后选择螺栓杆面，接着在环境工具栏中单击【Loads】→【Plot Pretension】→【Details of“Plot Pretension”】→【Definition】→【DefineBy】=Load，【Preload】输入1000N，如图2-38所示。施加第2载荷步：首先单击【Plot Pre-tension】，其次在【Graph】里单击黑色分界线往右边拖到2处，最后单击【Plot Pretension】→【Details of“Plot Pretension”】→【Definition】→【Define By】=Lock，如图2-39所示。

图2-38 施加第1载荷步

图2-39 施加第2载荷步

（4）施加约束：首先在标准工具栏中单击，然后选择卡箍上后面圆孔，接着在环境工具栏中单击【Supports】→【Fixed Support】，如图2-40所示。

12.设置需要的结果

（1）在导航树上单击【Solution（A6）】。

（2）在标准工具栏中单击选择圆管，在求解工具栏中单击【Deformation】→【Direction-al】，【Directional Deformation】→【Details of“Directional Deformation”】→【Definition】→【Orien-tation】=Z Axis，【Coordinate System】=Coordinate System，如图2-41所示。

（3）在求解工具栏中单击【Deformation】→【Total】。

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

图2-40 施加约束

图2-41 方向变形设置

13.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）】→【Directional Deformation】，显示圆管Z方向的变形分布云图，如图2-42所示；单击【Solution（A6）】→【Total Deformation】，图形区域显示分析得到的圆管变形分布云图，如图2-43所示；单击【Solution（A6）】→【Equivalent Stress】，显示圆管等效应力分布云图，如图2-44所示。

图2-42 Z方向变形分布云图

图2-43 圆管变形分布云图

图2-44 圆管等效应力分布云图

（3）查看力收敛：在导航树上单击【Solution Information】→【Details of“Solution Informa-tion”】→【Solution Output】=Force Convergence，可以查看收敛曲线图，如图2-45所示。

图2-45 力收敛图

14.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的分析已完成。

（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。