第一十六章 接触分析

1．定义文件名

GUI：Utility Menu︱File︱Change Jobname
操作后弹出对话框，在输入栏中输入“Analysis of Sheet Metal”，单击OK。

2．定义参数

GUI：Utility Menu︱Parameters︱Scalar Parameters
在弹出对话框中的Selection中输入L=0.1，单击Accept完成对薄钢板半长的参数定义，按照此方法继续定义薄钢板厚度H=0.004，凹模的半长L1=0.08，凹模的深度H1=0.02，凸模的半长L2=L1+H，凸模的深度H2=H1，凹模的底半长L3=0.04，凸模圆角R1=0.009，凸模圆角R2=0.009，凹模圆角R3=0.009，凹模圆角R4=0.009，定义完毕后单击Close。.

3．定义单元和材料常数

（1）定义单元
因为13.0版本对单元库有些调整，PLANE42不能使用GUI单元库定义，只能输入单元编号进行定义，其方法如下。
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Element Type︱Add/Edit/Delete
弹出对话框，单击Add，在弹出对话框的右边下面输入42，单击OK。
（2）定义单元属性
单击单元类型面板（Element Types）的Options按钮，在弹出的对话框中设置单元关键字K3为Plane strain，表示单元模拟平面应力的力学行为，单击OK，单击Close。
（3）定义单元材料常数
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Material Props︱Material Models
弹出一个对话框，单击Structural︱Liner︱Elastic︱Isotropic，又弹出一个输入材料属性的对话框，输入EX=2E11，PRXY=0.3，单击OK，设置材料应力应变关系为双线性等向强化，设置方法为单击Structural︱Nonlinear︱Inelastic︱Rate Independent︱Isotropic Hardending Plastictity︱Mises Plasticcity︱Bilinear，在弹出的对话框中输入屈服应力（Yield Stss）为350E6，切线模量（Tang Mod）为3.5E9Pa，选择Material︱Exit，推出面板。

4．建立模型

（1）定义关键点
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Keypoints︱In Active CS，在弹出的对话框中输入NPT=1，X=0，Y=0，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=2，X=L1，Y=0，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=3，X=L1，Y=-H1，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=4，X=L1+L3，Y=-H1，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=4，X=L1+L3，Y=-H1，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=5，X=0，Y=H2+H，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=6，X=L2，Y=H2+H，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=7，X=L2，Y=H，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=8，X=L1+L3，Y=H，Z=0，单击OK。
（2）通过关键点定义线
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Lines︱Lines︱In Active Coord
弹出拾取对话框，用鼠标拾取关键点1和2，继续拾取关键点2和3，拾取关键点3和4，拾取关键点5和6，拾取关键点6和7，拾取关键7和8，单击OK。
（3）定义面
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Rectangle︱By Dimensions
在弹出的对话框中输入X1=L1+L3-L，X2=L1+L3，Y1=0，Y2=H，单击OK。
（4）定义圆角
1）显示线号。
GUI：Utility Menu︱PlotCtrls︱Numbering，在弹出的面板中勾选LINE。
2）显示线。
GUI：Utility Menu︱Plot︱Lines
3）定义圆角。
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Lines︱Line Fillet
弹出拾取对话框，拾取线L4和L5，单击Apply，在弹出的对话框的圆角半径（Fillet radius）中输入R1，单击Apply；继续拾取线L5和L6，单击Apply，在弹出的对话框的圆角半径（Fillet radius）中输入R2，单击Apply；继续拾取线L1和L2，单击Apply，在弹出的对话框的圆角半径（Fillet radius）中输入R3，单击Apply；继续拾取线L2和L3，单击Apply，在弹出的对话框的圆角半径（Fillet radius）输入R4，单击OK。

5．网格划分

（1）打开网格划分工具面板
GUI：Preferences︱Meshing︱MeshTool
（2）设置单元尺寸
选择网格划分工具面板Size Controls中的Global︱Set，在弹出的对话框中输入SIZE=0.002，单击OK。
（3）设置单元划分方式为映射网格
选择网格划分工具面板中的单元形状（Shape）为Quad，划分方式为Mapped。
（4）进行网格划分
选择网格划分工具面板中的Mesh按钮，弹出拾取对话框，用鼠标拾取面1，单击OK。

6．使用接触管理器定义接触单元

（1）打开接触管理器（Contact Manager）
单击工具栏中的 按钮，弹出接触向导，如图16-24所示：

图16-24  接触管理器对话框

（2）定义接触单元
单击接触管理器面板上的接触向导按钮 ，弹出如图16-25所示的对话框，按照图中进行设置并单击拾取目标体（Pick Target）按钮，弹出拾取对话框，用鼠标拾取线L4，L11，L5，L12和L6，单击Apply，单击弹出对话框中的Next按钮，弹出图16-26，并按照图进行设置，单击Pick Entity，弹出拾取对话框，拾取关键点5，单击Apply，继续单击弹出对话框上的Next按钮，在弹出的对话框中单击Pick Contact，拾取线L9，单击Apply，继续单击弹出对话框上的Next按钮。

图16-25  接触向导设置目标单元面板

图16-26  接触向导设置控制节点位置

单击弹出对话框上的Optional settings按钮，弹出接触对特性设置对话框，选择对话框上的基本（Basic）选项卡，并按照图16-27设置；继续选择对话框上的摩擦（Friction）选项卡，并按照图16-28设置完毕后单击OK，继续单击接触向导中的Creat按钮，创建凸模和钢板之间的接触单元，观察接触单元和目标单元的方向是否符合规定，单击OK。

图16-27  接触对性质基本设置面板

图16-28  接触对性质摩擦设置面板

按照此方法继续定义凹模和钢板之间的接触单元。

7．设置分析类型

（1）定义静力学分析
GUI：Main Menu︱Solution︱Analysis Type︱New Analysis
在弹出的对话框中选中Static，含义为进行静力学问题求解。
（2）设置静力学分析选项
GUI：Main Menu︱Solution︱Analysis Type︱Analysis Options
在弹出的对话框中勾选大变形（Large deform effects），设置牛顿-拉普森选项为完全牛顿拉弗森（Full-N-R unsymm）求解方法，单击OK。

8．定义第一个载荷步文件

（1）定义边界条件
1）定义位移约束。
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Loads︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱On Keypoints
弹出拾取对话框，拾取关键点1，单击Apply，选择ALL DOF，其余保持默认值，单击Apply，继续拾取关键点5，单击Apply，选择UX和ROTZ，其余保持默认值，单击Apply, 继续拾取关键点5，单击Apply，选择UY，并在位移值（Displacement value）选项中输入 -H1，其他保持默认值，单击OK。
2）对称边界。
GUI：Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱Symmetry B.C.︱On Lines
弹出拾取对话框，拾取线L8，单击OK。
（2）定义载荷步
1）设置输出所有子步
GUI：Main Menu︱Solution︱Load Step Opts︱Output Ctrls︱DB/Results File
在弹出对话框中的文件写出频率（File write frequency）选项中选择Every substep，表示输出每一个子步。
2）定义计算时间步及子步
GUI：Main Menu︱Solution︱Load Step Opts︱Time/Frequenc︱Time and Substps
弹出时间和子步选项卡（Time and Substep Options），设置载荷步计算终止时间（Time at end of load step）为1，这里的时间只代表计算的载荷步，不具有真正的时间意义，设置子步数量（Number of substeps）为500，载荷类型为斜坡载荷（Ramped），其他保持默认值，单击OK。
（3）定义第一个载荷步文件
GUI：Main Menu︱Solution︱Load Step Opts︱Write LS File
弹出写载荷步文件（Write Load Step File）对话框，输入1，单击OK。

9．定义第二个载荷步文件

（1）定义位移约束
GUI：Main Menu︱Preprocessor︱Loads︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱On Keypoints
弹出拾取对话框，拾取关键点5，单击Apply，选择UY，并在位移值（Displacement value）选项中输入0.2*H1，其他保持默认值，单击OK。
（2）定义计算时间步及子步
GUI：Main Menu︱Solution︱Load Step Opts︱Time/Frequenc︱Time and Substps
弹出时间和子步选项卡（Time and Substep Options），设置载荷步计算终止时间（Time at end of load step）为2，这里的时间只代表计算的载荷步，不具有真正的时间意义，设置子步数量（Number of substeps）为300，载荷类型为斜坡载荷（Ramped），其他保持默认值，单击OK。
（3）定义第二个载荷步文件
GUI：Main Menu︱Solution︱Load Step Opts︱Write LS File，弹出写载荷步文件（Write Load Step File）对话框，输入2，单击OK。

10．进行求解多载荷步

GUI：Main Menu︱Solution︱Solve︱From LS Files
弹出求解载荷步文件对话框（Solve Load Step Files），输入LSMIN=1，LSMAX=2，其他保持默认，单击OK，开始求解。

11．后处理

（1）查看回弹后的等效应力
GUI：Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu
弹出节点求解数据（Contour Nodal Solution Date）对话框，选择Nodal Solution︱Stress︱von Mises Stress，单击OK，如图16-29所示。
（2）查看等效塑性应变
GUI：Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu
弹出节点求解数据（Contour Nodal Solution Date）对话框，选择Nodal Solution︱Plastic Strain︱von Mises plastic strain，单击OK，如图16-30所示。

图16-29  回弹后的薄板等效应力云图

图16-30  回弹后的薄板等效塑性应变云图