ANSYS14.0工程实例解析：前处理方法

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ringforging，单击“OK”按钮。

2.定义参数

在命令输入窗口中输入：L=76.2E-03，W=31.75E-03，T=3.18E-03，R1=7.62E-03，H=15.24E-03，L1=R1，L2=L-L1。

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”按钮，在弹出对话框的左边选择Coupled Filed，然后在右边选择Brick 20 node226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SOLID226，然后单击Options选项，弹出SOLID226单元类型关键字设置面板，如图19-4所示，设置分析类型（Analysis Type）为热-结构（Structural_- thermal），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。

图19-4 SOLID226单元类型关键字设置面板

4.定义材料模型

（1）定义焊接板的材料模型

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19-5所示，输入EX=1.93E11、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，弹出的双线性等向强化模型材料定义面板，如图19-6所示，输入屈服应力=0.29GPa、切线模量为2.8GPa。继续单击Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic，弹出热膨胀系数的定义面板，输入热膨胀系数为1.875E-5，单击“OK”按钮。继续单击Thermal→Heat Generation Rate，弹出热生成率定义面板，输入热生成率为0.8，单击“OK”按钮。

图19-5 各向同性线弹性材料定义面板

图19-6 双线性等向强化模型材料定义面板

继续单击Thermal→Specific Heat，弹出材料比热容定义面板，如图19-7所示，连续单击“Add Temperatures”按钮6次，实现添加6个温度点，按图19-7输入6个温度和对应的材料比热值，输入完毕后，单击“OK”按钮。继续单击Thermal→Conductivity，弹出材料热传导系数定义面板，如图19-8所示，连续单击“Add Temperatures”按钮6次，实现添加6个温度点，按图19-8输入6个温度和对应的材料热传导系数，输入完毕，单击“OK”按钮。

图19-7 材料比热定义面板

图19-8 材料导热系数定义面板

继续单击Structural→Density，弹出材料热传导系数定义面板，如图19-9所示，连续单击“Add Temperatures”按钮6次，实现添加6个温度点，按图19-9输入6个温度和对应的材料密度，输入完毕，单击“OK”按钮。

图19-9 材料密度定义面板

（2）定义焊接工具轴肩的材料模型

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，图19-5所示，输入EX=680E9、PRXY=0.22，单击“OK”按钮，继续单击Thermal→Specific Heat，弹出材料比热容定义面板，如图19-7所示，直接输入比热750，继续单击Thermal→Conductivity，弹出材料热传导系数定义面板，如图19-8所示，直接输入热传导系数100，单击“OK”按钮，继续单击Structural→Density，弹出材料密度定义面板，如图19-9所示，直接输入密度4280，单击“OK”按钮，关闭对话框，单击Material→Exit，退出定义材料模型行为的面板。

（3）定义随温度变化的摩擦因数

该材料模型暂不支持GUI操作，输入以下命令流：

5.建立模型

（1）定义长方体

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By Dimensions，弹出通过尺寸创建长方体面板，如图19-10所示，输入X1=0、X2=W、Y1=-L1、Y2=L2、Z1=0、Z2=-T，单击“Apply”按钮，继续输入X1=0、X2=-W、Y1=-L1、Y2=L2、Z1=0、Z2=-T，单击“OK”按钮。

图19-10 通过尺寸创建长方体面板

（2）定义圆柱体

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→By Dimensions，弹出通过尺寸创建圆柱体面板，如图19-11所示，按图19-11进行设置，设置完毕，单击“OK”按钮。

图19-11 通过尺寸创建圆柱体面板

6.网格划分

（1）打开网格划分工具

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool

（2）设置线网格

单击网格划分工具面板上的尺寸控制区域中Lines设置Set按钮，弹出拾取对话框，拾取线L7和L17，单击“OK”按钮，弹出线网格控制面板，如图19-12所示，按图19-12进行设置。输入完毕，单击“Apply”按钮，弹出拾取对话框，拾取线L5和L19，单击“OK”按钮，弹出如图19-12所示的线网格控制面板，输入单元数量为22，空间比例( Spacing ratio)为5，单击“Apply”按钮，弹出拾取对话框，拾取线L8和L18，弹出线例格控制面板，如图19-12所示，输入单元数量为44，空间比例为空值，单击“OK”按钮。

图19-12 线网格控制面板

（3）设置网格划分方法(www.xing528.com)

设置网格形状为Hex/Wedge，划分方法为Sweep。

（4）设置单元中间节点

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesher Opts，弹出单元中间节点设置面板，如图19-13所示，设置不使用中间节点（No midside nodes），单击“OK”按钮。

图19-13 单元中间节点设置面板

（5）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，拾取两个平板，单击“OK”按钮。

（6）设置网格属性

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19-14所示，按照图19-14进行设置，单击“OK”按钮。

图19-14 网格属性设置面板

（7）设置总体网格尺寸

选择如图19-15所示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，弹出总体网格尺寸设置面板，如图19-16所示。

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0.0015，单击“OK”按钮。

图19-15 网格划分工具面板中尺寸控制子面板

图19-16 总体网格尺寸设置面板

（8）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，拾取轴肩，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19-17所示。

图19-17 接触管理器面板

（2）定义两个焊接平板之间的接触

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19-18所示，在该面板中设置目标面为面（Areas），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，拾取面A5，单击Apply，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图19-19所示，在该面板中设置接触面为面(Areas)，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)，拾取面A12，单击“Apply”按钮，单击图19-19中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，单击“Optional settings”按钮，弹出接触属性定义面板，单击“Basic”按钮，弹出接触属性基本选项设置面板，如图19-20所示，设置接触检查算法(Contact Detection)为基于投影面(On nodes-Surface projection)，单击“Thermal”按钮，弹出接触属性热选项设置面板，如图19-21所示，输入热接触导热系数( Thermal Contact Conductance)为2E6，其他保持默认，单击“OK”按钮，返回创建接触对面板，单击“Create”按钮来创建接触对。

图19-18 目标面及目标单元类型设置面板图

图19-19 接触面及接触单元类型设置面板

图19-20 接触属性基本选项设置面板

图19-21 接触属性热选项设置面板

（3）定义轴肩底面与焊接工件表面之间的接触

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19-18所示，在该面板中设置目标面为面（Areas），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，拾取面A13、A15和A16，单击“Apply”按钮。弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图19-19所示，在该面板中设置接触面为面（Areas），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），拾取面A8和A2，单击“Apply”按钮。单击图19-19中的“Next”按钮，弹出创建接触对面板，单击“Optional settings”按钮，弹出接触属性定义面板，单击“Friction”按钮，弹出接触属性摩擦选项设置面板，如图19-22所示，设置材料ID号为3，最大摩擦应力（Maximum frictionstress）为500MPa，刚度矩阵为非对称矩阵（Unsymmetric），单击“Initial penetration”按钮，弹出接触属性初始调整选项设置面板，如图19-23所示，设置初始透穿为Exclude everything，自动接触调整为Close gap/Reduce penetration，单击“Thermal”按钮，弹出接触属性热选项设置面板，如图19-21所示，输入热接触导热系数（Thermal Contact Conductance）为10，热分配的权重因子（Dissipation weight factor）为0.95，其他保持默认，单击“OK”按钮，返回创建接触对面板，单击“Create”按钮来创建接触对。

图19-22 接触属性摩擦选项设置面板

图19-23 接触属性初始调整选项设置面板

（4）定义带控制节点的轴肩顶面刚性面约束

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19-18所示，设置目标单元仅有控制节点（Pilot Node Only），单击“Next”按钮，弹出如图19-24所示的设置控制节点位置面板，保持默认设置，单击“Next”按钮，弹出接触面及接触单元类型设置面板，如图19-19所示，单击“Pick Contact”按钮，弹出拾取对话框，拾取轴肩顶面A14，单击“OK”按钮，返回图19-19，单击“Next”按钮，弹出设置约束面板，如图19-25所示，设置约束表面类型为刚性约束，施加目标单元的方法为用户指定，设置完毕，单击“OK”按钮。

图19-24 设置控制节点位置面板

图19-25 设置约束面板