ANSYS与ABAQUS比较之实例4---圆压头与平板的接触分析2

本文是ANSYS与ABAQUS比较之系列篇，本文是第四篇，关注的是在接触分析方面二者的异同。

由于分析比较复杂，该比较分为两篇来说明。上篇1是使用ABAQUS进行求解的过程，本篇2则是用ANSYS求解的过程，比较的结果将在本篇2中给出。

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1.问题描述

一半径为10mm的圆形薄片，压在一90mm*30mm的矩形板顶边中间。在圆片上施加一个6KN的集中力，使得圆片压在矩形板上，现在要求分析模型的受力状态。

已知：矩形板材料为钢材，弹性模量为210GPA,泊松比为0.3；圆形薄片相当刚硬，可以看做是刚体；在圆片和矩形板之间没有摩擦。

（该问题来自于张建华，丁磊的《ABAQUS基础入门与案例精选》，电子工业出版社，2012.6）

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2.分析思路

（1）本问题是一个静力学问题，而且属于一个平面应力问题，对于板使用平面应力单元，对于圆形薄片则使用刚体。

（2）该问题还是一个接触分析问题，它是非线性问题的一种。对于接触设置为无摩擦的接触。

（3）由于结构关于Y轴对称，为了提高计算效率，可以进一步只取右半边来分析。

 

3.步骤

（1）打开ANSYS WORKBENCH，创建静力学分析模块，并设置为2D分析类型。

（2）创建材料属性，设置弹性模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3.

（3）创建几何模型

（4）赋予材料属性，长方形为上面创建的材料，圆形为刚性体，设置厚度为0.001m，与上篇一致。

（5）设置对称约束，对称的法线方向为X轴

（6）创建远程点，创建远程点是为下文施加载荷所用。远程点关联的几何体选择半圆面，位置坐标如下图所示。

（7）设置接触，接触类型为无摩擦接触，保持默认的接触算法等设置。

（8）划分网格，设置面网格尺寸为0.0015m，与上篇博文里的网格尺寸一致

（9）施加约束，对长方形下面的线进行固定约束。

（10）施加载荷，施加圆形刚性体竖直向下的集中载荷6KN，这时我们发现，载荷对象无法选择刚性体，这就需要借助创建的创建远程点，载荷类型选择远程力，设置如下图。

（11）求解设置，打开大变形，其余保持默认设置。

（12）进行求解.

（13）求解完成后查看后处理，查看变形和应力，这时我们发现，虽然可以求解完成，但是半圆形刚性体的位移为2038.6m，产生了刚性位移，也就是说，半圆和长方形并没有接触上。接着将需要修改接触设置，先修改接触表面类型，设置为Adjust to touch，也就是允许调整模型的间隙到刚刚接触，然后再次进行计算。

（14）查看变形，变形最大值为0.17534mm

（15）查看应力，应力最大值为902.81MPa

4.Abaqus与ANSYS的结果分析及讨论

（1）从收敛上看，二者都能快速收敛；

（2）从结果上看，由上篇在ABAQUS中计算得出的应力为606.5MPa，而在ANSYS中得出的应力为902.81MPa，ANSYS计算的米塞斯应力是ABAQUS计算的米塞斯应力的1.5倍，这相对误差是比较大的，至于哪个软件计算的值更接近真实应力，此时无法比较，因为材料已经屈服，除非设置材料的塑性行为，且与实验做比较才知道谁更接近真实值，有兴趣的朋友可以对比下。

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【李祖吉】

来源：宋博士的博客，版权归作者所有。