前处理和网格划分教程

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“hyperelastic seal analysis”，单击“OK”按钮。

2.定义参数

在命令输入窗口中输入L1=4，L2=14，L3=4，L4=3，L5=5，H1=4，H2=2，H3=2和H4=4。

3.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，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。然后单击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）；单元计算公式（Element formulation）为位移和力混合计算公式（Mixed U/P），单击“OK”按钮；返回单元类型界面，然后单击Close关闭对话框。

4.定义材料模型

（1）定义超弹密封垫的超弹的应力-应变关系

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出一个对话框，单击Structural>Nonliner>Elastic>Hyperelastic>Ogden>2 terms，弹出输入材料模型的对话框，如图4-3所示，输入：mu_1=2.8、a_1=7.9、mu_2=-186、a_2=-1.85、d_1=1E-5、d_2=0，单击“OK”按钮，关闭对话框。

图4-3 Ogden两参数的超弹材料模型输入对话框

（2）定义超弹密封垫的热膨胀系数和参考温度

在定义材料模型行为的面板（Define Material Model Behavior）中的可用材料模型（Material Models Available）子面板中选择Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficent→Isotropic，弹出热膨胀系数设置面板，如图4-4所示，在面板中输入参考温度（Reference temperature）为23，热膨胀系数（ALPX）为8.5e-5，输入完毕，单击“OK”按钮，单击Material→Exit，退出定义材料模型行为的面板。

图4-4 热膨胀系数设置面板

5.建立模型

（1）定义关键点

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出图4-5所示的在激活坐标系中定义关键点面板，在面板中关键点号（Keypoint number）中输入1，在激活的坐标系中输入X=O，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为2，X=Ll，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为3，X=Ll，Y=-Hl，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为4，X=L1+L2，Y=-H4，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为5，X=L1+L2+L3，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮，继续输入关键点号为6，X=L1+L2，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为7，X=L1+L2-L4，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点为8，X=L1+L2-L4，Y=-H3，Z=O，单击“Apply”按钮，继续输入关键点为9，X=L1+L2-L4-L5，Y=-H3，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为10，X=L1+L2-L4-L5，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为11，X=L1+L2-H2-L5-L4，Y=H2，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为12，X=L1+L2-H2*2-L5-L4，Y=O，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为13，X=O，Y=H2，Z=O，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为14，X=L1+L2+L3，Y=H2，Z=O，单击“OK”按钮。

图4-5 定义关键点面板

（2）定义直线

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2和3，单击“Apply”按钮；拾取关键点3和4，单击“Apply”按钮；拾取关键点4和6，单击“Apply”按钮；拾取关键点6和7，单击“Apply”按钮；拾取关键点7和8，单击“Apply”按钮；拾取关键点8和9，单击“Apply”按钮；拾取关键点9和10，单击“Apply”按钮；拾取关键点12和2，单击“Apply”按钮；拾取关键点1和2，单击Apply按钮；拾取关键点6和5，单击“Apply”按钮；拾取关键点13和14，单击“OK”按钮。

（3）定义圆弧线

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Arcs→By End KPs&Rad，弹出拾取对话框，用鼠标拾取关键点12和10，单击“Apply”按钮；然后再拾取关键点11，单击“OK”按钮，弹出通过关键点和半径定义圆弧设置面板，如图4-6所示，在面板中输入圆弧半径为H2，单击“OK”按钮。

图4-6 通过关键点和半径定义圆弧设置面板

（4）定义面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines，弹出拾取对话框，拾取线L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L12和L8，单击“OK”按钮。

6.划分网格

（1）打开网格划分工具(www.xing528.com)

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool

（2）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4-7所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图4-8所示。

图4-7 网格划分工具面板中尺寸控制子面板

图4-8 总体网格尺寸设置面板

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0.13，单击“OK”按钮。

（3）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，拾取超弹密封垫，单击“OK”按钮。

7.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4-9所示。

图4-9 接触管理器面板

（2）创建刚性匹配件AB与超弹密封垫的刚-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4-10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4-10所示的“Next”按钮，弹出设置刚体控制节点的位置面板，如图4-11所示。在面板中选择拾取存在的自由关键点（Pick existing free keypoint...）做为刚体控制节点，单击“Pick Entity”按钮，弹出拾取对话框，拾取关键点14，单击“Apply”按钮，单击图4-11所示的“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图4-12所示。在该面板中设置接触面为线(Lines)，接触单元类型为面一面接触(Surface-to-Surface)，单击拾取接触单元按钮(Pick Contact)，拾取线L8，L12和L4，单击“Apply”按钮，单击图4-12中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，如图4-13所示，在摩擦冈数（Coefficient of Friction）中输入0.1，单击“Create”按钮来创建接触对。检查接触对法向是否正确，经过查看接触对法向没有问题，单击“Finish”按钮。

图4-10 目标面及目标单元类型设置面板

图4-11 设置刚体控制节点的位置面板

图4-12 接触面及接触单元类型设置面板

图4-13 创建接触对面板

（3）创建刚性匹配件CD与超弹密封垫的刚-柔接触

单击接触管理器中的图标，弹出如图4-10所示的目标面及目标单元类型设置面板，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CD，单击“Apply”按钮，然后单击图4-10所示的“Next”按钮，弹出图4-11所示的设置刚体控制节点的位置面板。在面板中选择拾取存在的自由关键点（Pick existing free keypoint…）做为刚体控制节点，单击“Pick Entity”按钮，弹出拾取对话框，拾取关键点1，单击“Apply”按钮，单击图4-11所示的“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图4-12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L8，单击“Apply”按钮，单击图4-12中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，如图4-13所示。在摩擦因数（Coefficient of Friction）中输入0.1，单击“Create”按钮来创建接触对。检查接触对法向是否正确，经过查看需要将目标单元的法向反转，单击“Filp Target Normals”按钮，弹出拾取对话框，拾取刚性匹配件CD，单击“OK”按钮完成目标单元的法向反转。

（4）创建刚性匹配件EF与超弹密封垫的刚-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4-10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EF，单击“Apply”按钮，然后单击图4-10所示的“Next”按钮，弹出设置刚体控制节点的位置面板。在面板中选择拾取存在的自由关键点（Pick existing free keypoint…）作为刚体控制节点，单击“Pick Entity”按钮，弹出拾取对话框，拾取关键点5，单击“Apply”按钮，单击图4-11所示的“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图4-12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L4，单击“Apply”按钮，单击图4-12中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，如图4-13所示。在摩擦因数（Coefficient of Friction）中输入0.1，单击“Create”按钮来创建接触对。检查接触对法向是否正确，经过查看需要将目标单元的法向反转，单击“Filp Target Normals”按钮，弹出拾取对话框，拾取刚性匹配件EF，单击“OK”按钮完成目标单元的法向反转。

（5）定义超弹密封垫的柔-柔自接触

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4-10所示，在该面板中设置目标面为线（Lines），设置目标单元类型为柔性体（Flexible），单击拾取目标面按钮（Pick Target），弹出拾取对话框，拾取线L8，单击“Apply”按钮，然后单击图4-10所示的“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图4-12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L12，单击“Apply”按钮，单击图4-12中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，如图4-13所示，在摩擦因数（Coefficient of Friction）中输入0.1，单击“Create”按钮来创建接触对。检查接触对法向是否正确，经过查看不需要将目标单元的法向反转。

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4-10所示，在该面板中设置目标面为线（Lines），设置目标单元类型为柔性体（Flexible），单击拾取目标面按钮（Pick Target），弹出拾取对话框，拾取线L5和L7，单击“Apply”按钮，然后单击图4-10所示的“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板。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L6，单击“Apply”按钮，单击图4-12中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，如图4-13所示，在摩擦因数（Coefficient of Friction）中输入0.1，单击“Create”按钮来创建接触对。检查接触对法向是否正确，经过查看不需要将目标单元的法向反转。