前处理实例-通过关键点定义面GUI

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machining finite element analysis，单击“OK”按钮。

2.设置角度单位为度

GUI：单击Utility Menu→Parameters→Angular Units，弹出角度设置面板，如图16-2所示，设置角度单位为度（Degrees），单击“OK”按钮。

图16-2 角度设置面板

3.定义参数

在命令窗口中输入L1=0.04，L2=0.002，H1=0.01，H2=0.002，H3=0.009，ERFA=25，BEITA=8，L3=（TAN（ERFA）*H3+TAN（BEITA）*TAN（ERFA）*L2）/（1-TAN（ERFA）*TAN（BEITA）），H4=TAN（BEITA）*（L2+L3）。

4.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“Apply”按钮；继续在对话框的左边选择Contact，在右边选择2D Target 169，单击“Apply”按钮；继续在对话框的左边选择Contact，在右边选择2 node surf 171，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，选择CONTA171，在弹出的对话框中设置接触表面行为（Behavior of contact surface）为初始粘结接触（Bonded（initial）），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。

5.定义实常数

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，单击弹出对话框中的“Add”按钮，弹出选择单元类型对话框，选择CONTA171，单击“OK”按钮，继续单击“OK”按钮，返回定义实常数面板，单击“Close”按钮。

6.定义材料模型

（1）定义刀具材料模型

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出一个对话框，单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，弹出各向同性线弹性材料定义面板，如图16-3所示，输入EX=2.1E11、PRXY=0.3，单击“OK”按钮，关闭对话框。

图16-3 各向同性线弹性材料定义面板

（2）定义工件材料模型

单击Material→New Model，在弹出的对话框框中输入2，单击“OK”按钮。单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，弹出各向同性线弹性材料定义面板，如图16-3所示，输入EX=70E9、PRXY=0.3，单击“OK”按钮，关闭对话框，继续单击Structural→Nonlinear→Inelastic→Rate Independent→Isotropic Hardening Plasticity→Mises Plasticity→Bilinear，弹出双线性等向强化模型定义面板，如图16-4所示，输入屈服应力为400E6、切线模量为5E7，单击“OK”按钮，单击Material→Exit，退出定义材料模型行为的面板。

图16-4 双线性等向强化模型定义面板

（3）定义切屑与工件之间的粘结区模型

在现有的ANSYS中暂不支持对该种材料模型的GUI操作，因此输入以下命令流：

7.建立模型

（1）定义矩形面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions，弹出通过尺寸创建矩形的定义面板，如图16-5所示，输入X1=0、X2=L1、Y1=0、Y2=H1，单击“Apply”按钮，继续输入X1=0、X2=L1、Y1=H1、Y2=H1+H2，单击“OK”按钮。

图16-5 通过尺寸创建矩形的定义面板

（2）定义关键点

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出在激活坐标系中定义关键点面板，如图16-6所示，在面板中关键点号（Keypoint number）中输入20，在激活的坐标系中输入X=L1、Y=H1、Z=0，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为21，X=L1+L2+L3、Y=H4+H1、Z=0，单击“OK”按钮，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为22，X=L1+L2+L3、Y=H4+H1+H3、Z=0，单击“OK”按钮，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为23，X=L1+L3、Y=H4+H1+H3、Z=0，单击“OK”按钮。

图16-6 在激活坐标系中定义关键点面板

（3）通过关键点定义面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→Through KPs，弹出拾取对话框，拾取关键点20，21，22和23，单击“OK”按钮。

8.网格划分

（1）打开网格划分工具

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool

（2）设置网格总体尺寸(www.xing528.com)

选择的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16-7所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图16-8所示。

图16-7 网格划分工具面板中尺寸 控制子面板

图16-8 总体网格尺寸设置面板

该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.0004，单击“OK”按钮。

（3）划分工件网格

1）定义网格属性

单击网格划分工具面板上的网格属性设置（Element Attributes）区域的设置（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图16-9所示，按照图16-9进行设置，单击“OK”按钮。

2）划分工件

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，拾取工件的面A1和A2，单击“OK”按钮。

（4）划分刀具网格

1）定义网格属性

单击网格划分工具面板上的网格属性设置（Element Attributes）区域的设置（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图16-9所示，将材料号修改为1，其他保存不变，单击“OK”按钮。

图16-9 网格属性设置面板

2）划分刀具

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，拾取刀具的面A3，单击“OK”按钮。

（5）划分切屑与工件之间的接触对

1）定义网格属性

单击网格划分工具面板上的网格属性设置（Element Attributes）区域的设置（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图16-10所示，按照图16-10进行设置，单击“OK”按钮。

图16-10 网格属性设置面板

2）定义接触单元

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，拾取工件上的线L3，单击“OK”按钮。

3）定义网格属性

单击网格划分工具面板上的网格属性设置（Element Attributes）区域的设置（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图16-10所示，将单元修改为目标单元169，其他保存不变，单击“OK”按钮。

4）定义目标单元

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，拾取工件上的线L5，单击“OK”按钮。

9.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16-11所示。

图16-11 接触管理器面板

（2）创建刀具与工件之间的接触对

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16-12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，拾取刀具线L12，单击“Apply”按钮；然后单击图16-12所示的“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图16-13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L5，单击“Apply”按钮；单击图16-13中的“Next”按钮，在弹出的创建接触对面板中输入摩擦因数（Coefficient of Friction）为0，单击“Create”按钮来创建接触对。另外一个接触对的创建方法相似，只需把目标线修改为L9，接触线修改为L3即可，具体操作可参见本章视频。

图16-12 目标面及目标单元类型设置面板

图16-13 接触面及接触单元类型设置面板