книги / Реализация решения задач механики контактного взаимодействия в прикладном пакете ANSYS

Во всплывающем окне «Solution Controls» выбираем сле-

дующие настройки: Analysis Options: Large Displacement Static; Time at end of loadstep: 1; Number of substeps: 20; Frequency: Write every Nth substep/ (см. рис. 2.19). Затем нажимаем кнопку Ok, что соответствует набору команд: ANTYPE,0; NLGEOM,1; NSUBST,20,0,0; OUTRES,ERASE; OUTRES,ALL,1; TIME,1.

18. Запуск решения задачи.

Main Menu → Solution → Solve → Current LS. Появится всплывающее окно «Solve Current Load Step» или «Решить с текущим шагом нагрузки» (рис. 2.20). Нажимаем кнопку Ok, что соответствует команде SOLVE.

Рис. 2.20. Всплывающее окно «Solve Current Load Step»

После того как решение задачи будет получено, всплывет окно «Solution is done!» или «Решение найдено», после нажатия кнопки Close можно приступить к анализу результатов решения задачи, что можно сделать в постпроцессоре ANSYS.

2.2.4. Программа контактного взаимодействия сферического штампа с полупространством под действием постоянной сжимающей силы

Решение задачи об индентировании полупространства сферическим штампом под действием постоянной силы можно записать в виде программы в текстовом файле, в таком случае программа имеет следующий вид:

41

Finish

/CLEAR, NOSTART /FILNAME, ModelCont /CWD,'D:\Ycheba'

/PREP7

ET,1,PLANE182

KEYOPT,1,3,1

ET,2,CONTA171

KEYOPT,2,3,1

KEYOPT,2,5,1

ET,3,TARGE169

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2E11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,2,,8.64E8

MPDATA,PRXY,2,,0.461

CYL4,0,1.5,0,0,1,-90 RECTNG,0,2,0,0.5,

ASEL,,,,1

AATT,1,,1,0,

ALLSEL

ASEL,,,,2

AATT,2,,1,0,

LSEL,,,,1

LATT,1,,2,,,,

42

LSEL,,,,6

LATT,2,,3,,,,

ESIZE,0.1,0,

ALLSEL,ALL

AMESH,ALL

LSEL,S,,,1,6,5

LMESH,ALL

ALLSEL,ALL

LSEL,S,,,4,5,1

DL,ALL,,ALL,0

ALLSEL,ALL

FK,3,FY,-1.5e6

LSEL,S,,,2

NSLL,S,1

CP,1,UY,ALL ALLSEL

/SOLU

ANTYPE,0

NLGEOM,1

NSUBST,20,0,0

OUTRES,ALL,1

TIME,1

SOLVE

43

2.2.5. Анализ результатов моделирования задачи контактного взаимодействия сферического штампа

сполупространством в программном комплексе ANSYS

1.Результаты решения задачи можно посмотреть в постпроцессорепрограммыANSYS. Для этогонеобходимооткрытьегоменю.

 Main Menu → General Postproc. Соответствует команде /POST1.

2.Далее необходимо вызвать меню для графической визуализации результатов.

 Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu. В результате появится всплывающее окно

«Contour Nodal Solution Data» или «Данные решения в виде конту-

ра по узлам» (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Всплывающее окно «Contour Nodal Solution Data»

Для рассмотрения результатов решения данной задачи будут использоваться три меню данных результатов решения DOF Solution; Stress и Contact (см. рис. 2.21), которые отображают перемещения, напряжения и параметры зоны контакта соответственно. Также в рамках данного меню при помощи опции Undisplaced

44

shape key можно выбрать варианты отображения деформированной модели в трех вариантах:

1)Deformed shape only (Только деформированная форма);

2)Deformed shape with undeformed model (Деформированная форма с недеформированной моделью);

3)Deformed shape with undeformed edge (Деформированная форма с недеформированной в виде границы).

Используя опцию Scale Factor (Масштабный коэффициент), можно настроить отображение деформирования модели.

Врамках анализа напряженно-деформированного состояния контактного узла построим перемещения по координате y (рис. 2.22)

иинтенсивность напряжений (см. рис. 2.24).

 Contour Nodal Solution Data → DOF Solution → Y-Component of displacement. В Undisplaced shape key выбираем Deformed shape with undeformed model, в Scale Factor выбираем User Specified

с масштабным коэффициентом 5. После выбора всех опций отображения нажимаем кнопку Ok. Выбор опций соответствует набору команд: /DSCALE,ALL,5; /EFACET,1; PLNSOL, U,Y, 1,1.0.

Результаты решения задачи в виде перемещений по координате y конечно-элементной модели контактного взаимодействия сферического штампа с полупространством под действием постоянной силы представлено на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Перемещения модели контактного взаимодействия по координате y

45

Для сохранения результатов решения задачи в виде изображений типа jpeg можно использовать следующие настройки:

 PlotCtrls → Redirect Plots → To JPEG File. В результате появится всплывающее окно «Redirect Plots of JPEG». Настраиваем опции jpeg-файла: Quality: 100; Force White BG and Black FG: On (рис. 2.23). Данные настройки отвечают за качество изображения и фон рисунка (отображение изображения на белом фоне).

Рис. 2.23. Всплывающее окно «Redirect Plots of JPEG»

Contour Nodal Solution Data → Stress → von Mises stress.

ВUndisplaced shape key выбираем Deformed shape only, в Scale Factor выбираем User Specified с масштабным коэффициентом 1. После выбора всех опций отображения нажимаем кнопку Ok. Выбор опций соответствует набору команд: /DSCALE,ALL,1.0; /EFACET,1; PLNSOL, S,EQV, 0,1.0.

Результаты решения задачи в виде интенсивности напряжений конечно-элементной модели контактного взаимодействия

46

сферического штампа с полупространством под действием постоянной силы представлены на рис. 2.24.

Рис. 2.24. Интенсивность напряжений

В рамках анализа контактного состояния зоны соприкосновения сферического штампа и полупространства рассмотрим статусы контактных состояний(рис. 2.25, а) и контактноедавление(рис. 2.25, б).

Contour Nodal Solution Data → Contact → Contact status → Ok. (Команда – PLNSOL, CONT,STAT, 0,1.0).

Contour Nodal Solution Data → Contact → Contact pressure

→Ok. (Команда – PLNSOL, CONT,PRES, 0,1.0).

Рис. 2.25. Статусы контакта (а) и контактное давление (б)

47

2.2.6. Анализ точности численного решения задачи контактного взаимодействия сферического штампа с полупространством в программном комплексе ANSYS

Для анализа точности численного решения контактной задачи о деформировании полупространства сферическим индентором под действием постоянной силы проведем серию численных расчетов, отличающихся друг от друга степенью дискретизации ко- нечно-элементного решения задачи. На степень дискретизации решения задачи влияют параметры конечно-элементной сетки модели исследования. В табл. 2.2 представлены характеристики ко- нечно-элементной сетки модели контактного взаимодействия «штамп–полупространство».

В результате реализации серии численных расчетов были получены шесть полей распределения контактного давления при разной степени дискретизации модели исследования, их сравнение с аналитическим решением представлено на рис. 2.26.

Анализируя решение задачи контактного взаимодействия, по контактному давлению можно сделать вывод о сходимости численного решения задачи при увеличении степени дискретизации конечно-элементного решения задачи. На рис. 2.26 видно, что конечно-элементные решения задачи № 5, 6 имеют

48

малое отличие от аналитического решения задачи. Сравним численные решения задачи № 5 и 6 с аналитическим решением задачи (рис. 2.27).

Рис. 2.26. Анализ сходимости численного решения задачи

На большей площади контактной поверхности численное

ианалитическое решение задачи имеет хорошее количественное

икачественное соответствие. При этом у края контактной зоны (см. рис. 2.27) численные решения задачи и аналитическое решение имеют наибольшие отличия. Стоит отметить, что распределение контактного давления численного решения задачи № 6 имеет наименьшее количественное и качественное отличие от аналитического решения задачи, при этом распределение контактного давления у численного решения более равномерное. В целом можно сделать вывод о сходимости численного решения к аналитическому решению при увеличении степени дискретизации конечноэлементной модели.

49