ANSYS14.0工程实例解析：前处理

1.定义文件名

GUI：单击Utility Menu→File→Change Jobname，弹出一个对话框，在输入栏中输入“SEALING RING LARGE DEFORMATION”，单击“OK”按钮。

2.选择单元

（1）定义单元

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出对话框，单击“Add”按钮，在弹出对话框的左边选择Solid，然后在右边选择Quad 4 node 182单元，单击“OK”按钮。

（2）设置单元关键字

在单元类型对话框中选择PLANE182。单击Options选项，在弹出的对话框中设置单元行为（Element behavior）为平面应变（Plane strain）；设置单元公式（Element formulation）为位移/力（Mixed U/P）单击“OK”按钮返回单元类型界面，然后单击Close按钮关闭对话框。

3.定义材料模型

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出定义材料模型面板（Define Material Model Behavior），单击Structural→Liner→Elastic→Isotropic，又弹出一个输入材料属性的对话框，输入EX=14.04、PRXY=0.4999，单击“OK”按钮；单击Structural→Nonlinear→Elastic→Hyperelastic→Mooney-Rivlin→2 parameters，弹出的两参数Mooney-Rivlin模型，如图3-2所示，在面板中输入C10=55.2、C01=-32.5和d=1E-4，输入完毕后单击“OK”按钮，单击Material→Exit，退出定义材料模型面板。

4.建立模型

（1）定义参数

在命令输入窗口中输入：L=12、H=25、L1=60、D=30、H1=0.433*D、Y0=H+H1、X0=L+SQRT（（D/2）**2-H1**2）。

图3-2 两参数Mooney-Rivlin模型参数输入面板

（2）建立方形密封圈

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions，弹出创建矩形面板，如图3-3所示，在该面板中输入X1=0、X2=L、Y1=0和Y2=H，单击“OK”按钮。

图3-3 创建矩形面板

（3）建立圆形刚性匹配件

1）建立圆形面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→Solid Circle，在弹出的对话框中输入圆形刚性匹配件的圆心坐标：WPX=X0、WPY=Y0和半径Radius=D/2，单击“OK”按钮。

2）仅删除圆形面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Areas Only，弹出拾取对话框，拾取圆形面，单击“OK”按钮。

（4）建立刚性匹配件AB

1）定义关键点

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出定义关键点面板，如图3-4所示，在该面板中输入关键点号（Keypoint number）9，然后继续输入在激活坐标系对应的坐标：X=0、Y=0和Z=0，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为10和对应的坐标：X=L1、Y=0和Z=0，单击“OK”按钮。

图3-4 定义关键点面板

2）定义线

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→In Active Coord，弹出拾取对话框，拾取关键点9和10，单击“OK”按钮。

5.划分网格

（1）打开网格划分工具

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool。(www.xing528.com)

（2）设置网格属性

选择网格划分工具面板上的单元属性（Element Attributes）子面板的中总体设置（Global），并单击“Set”按钮，弹出网格属性设置面板，如图3-5所示，该面板中主要包括五个选项：设置单元类型号（Element type number），为网格划分准备单元；设置材料号（Material number），为生成的单元赋予相应的材料模型号；设置实常数号（Real constant set number），为生成的单元赋予相应的实常数号；设置单元坐标系（Element coordinate sys），为生成的单元赋予相应的坐标系和截面号（Section number），该选项主要为管道、梁和壳体单元赋予相应的截面信息。这些信息如果已经定义，则在网格属性面板中会有相应的显示，如果没有定义则显示None defined。

图3-5 网格属性设置面板

对于本实例因为只存在一种单元和一种材料模型，因此保持默认设置即可。

（3）设置总体网格尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项，并单击设置（Set）按钮，如图3-6所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图3-7所示。

该设置面板中存在两个控制选项，单元尺寸控制( Element edge length)和单元数量(No．of element divisions)，在单元尺寸中输入L/9，单击“OK”按钮。

图3-6 网格划分工具面板中尺寸控制子面板

图3-7 总体网格尺寸设置面板

（4）划分网格

单击网格划分工具面板上的网格划分按钮（Mesh），弹出拾取对话框，拾取方形密封圈，单击“OK”按钮。

6.定义接触对

（1）打开接触管理器

单击主菜单中的图标，弹出接触管理器面板，如图3-8所示。

图3-8 接触管理器面板

（2）创建圆形刚性轴与方形密封圈的刚-柔接触

单击接触管理器中的图标，弹出的目标面及目标单元类型设置面板，如图3-9所示，在该面板中设置目标面为线（Lines），设置目标单元类型为带控制节点的刚体（Rigid w/Pilot），单击拾取目标面按钮（Pick Target），弹出拾取对话框，拾取圆形刚性轴的四条边，单击“Apply”按钮，然后单击图3-9所示的“Next”按钮，弹出图3-10所示的设置刚体控制节点的位置面板，在面板中选择控制节点在几何体的中心（At center of mass of target geometric entities），单击“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图3-11所示。在该面板中设置接触面为线（Lines），接触单元类型为面-面接触（Surface-to-Surface），单击拾取接触单元按钮（Pick Contact），拾取线L3和L2，单击“Apply”按钮，单击图3-11中的“Next”按钮，弹出图3-12所示的创建接触对面板，在摩擦因数（Coefficient ofFriction）中输入0，单击“Create”按钮来创建接触对。

图3-9 目标面及目标单元类型设置面板

图3-10 设置刚体控制节点的位置面板

图3-11 接触面及接触单元类型设置面板

图3-12 创建接触对面板

（3）创建刚性匹配件AB与方形密封圈的刚-柔接触

单击接触管理器中的图标，弹出目标面及目标单元类型设置面板，如图3-9所示，在该面板中设置目标面为线（Lines），设置目标单元类型为带控制节点的刚体（Rigid w/Pilot），单击拾取目标面按钮（Pick Target），弹出拾取对话框，拾取刚性匹配件AB，单击“Apply”按钮，然后单击图3-9所示的“Next”按钮，弹出设置刚体控制节点的位置面，如图3-10所示，在面板中拾取存在的自由关键点（Pick existing free keypoint），单击“Pick Entity”按钮，弹出拾取对话框，拾取关键点10，单击“Apply”按钮，单击“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图3-11所示，在该面板中设置接触面为线（Lines），接触单元类型为面-面接触（Surface-to-Surface），单击拾取接触单元按钮（Pick Contact），拾取线L1和L2，单击“Apply”按钮，单击图3-11中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，如图3-12所示，在摩擦因数（Coefficient of Friction）中输入0，单击Create来创建接触对，根据接触对法向设置准则，需要将目标面的法向倒转，单击Flip Target Normals，拾取刚性匹配件AB，单击“OK”按钮。