ANSYS 模拟超弹性球压缩

ANSYS 模拟超弹性球压缩
采用Ogden 三对材料常数模型
分析橡胶球的压缩，球的直径40mm。

将橡胶球压缩其直径的1/2。

几乎不可压缩的Ogden。

由二维轴对称PLANE182单元和刚-柔接触面组成的二维轴对称模型,该接触对考虑了板的厚度变化效应，接触对摩擦系数指定
为0.35。

1，选择结构分析类型，选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete→Add
→Solid - 4 Node 182 →OK→Option→K3:Axisymmetric →Ad d →Contact →刚性接触单元2D Targe169(显
示TARGE169) →Apply →
Contact →柔性接触单元 2 nd surf 171 显示
(CONTA171) →OK →[Close]
提示: 单元类型 1 采用PLANE182 单元，因为这是一个体积变形问
题, 所以采用缺省公式, 即B-Bar 方法。

采用几乎不可压缩超弹性材料属,所以不需要混合U-P 公式。

2. 定义材料参数--输入Ogden 模型参数
Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Mode
ls →Structural →Nonlinear →Elastic→Hyperelastic →O gden → 3 terms”→mu_1:6.3, a_1:1.3, mu_2:0.012, a_2:5.0, m u_3:-0.1, a_3:-2.0, d_1:2e-
4 →[OK] →New Material Model →Structural →Friction Coefficient →0.3
5 Exit
3.生成几何模型
生成特征点
Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create→Key points →In
Active CS →依次输入 2 个点的坐标：input:1(0,0.02,0),
2(0.03,0.02,0) →OK生成一条横线
Main Menu: Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Straight Line →连接 2 个特征点，1→2→OK
生成一个1/4 圆形面
Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create→Areas
→Circle→Part ial Annulus（WPX=0，WPY=0，Rad1=0.02,Theta=0，
Rad2=0,Theta=90）→OK
4.网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Tool→Element Attribut e →Area→Material num:1 (PLANE182)→Smart size (选6) →Mesh: Area, Shape: Free, Quad →Mesh→拾取圆弧形
面→Close
注意：由于要生成线刚-柔接触对，表示模具的横线要指定属性。

Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Tool →Element Attrib ute →Line→拾取横直线→Material num:2 →单元类型：
TARGE169 →Apply →Element Attribute →Line→拾取拾取圆表面线
→单元类型：CONTAC171 →OK
5.生成线刚-柔接触对
由于橡胶球和模具在接触时是无过盈配合，橡胶球外表面和模具的表面之间将构成线-线接触对。

在生成接触对的同时，ANSYS 程序将自动给接触对分配实常数号。

1）．打开接触管理器
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Contact Pair
2）．单击接触管理器中的工具条上的最上左边按钮，将弹出
Add Contact Pair 对话框。

3）．指定接触目标表面。

模具看成是刚体,Target Surface：用默认的“Line”，在Target Type：选：Rigid w/Pilot，单
击Pick Target：弹出Select Line for Target 对话框，在图形输出窗口中单击那条横线，模具选定→OK→单击NEXT 进入下一
步→选Pick existing free keypoint →Pick Entity →选特征点 1 用作接触对的Pilot 点→OK →NEXT →将下一个画
面
4）．弹出选中接触面的对话框，单击Pick Contact：弹
出Select Line for Target 对话框，在图形输出窗口中单击球的外环面将其选定→OK →NEXT →对接触对属性进行设置。

5）．单击Material ID 下拉框中的“1”，指定接触材料属性为定义的一号材料。

并在Coefficient Of Friction文本框中输入“0.35”，指定摩擦系数为0.35。

单击按钮，来对接触问题的其它选项进行设置。

6）．打开对摩擦选项设置的选项卡Optional setting，在对话框中
的Normal Penalty Stiffness 的框中输入“0.1”，指定接触刚度的罚系数为0.1。

在Friction 选项中的Stiffness matrix 下拉框中选：“Unsymmetric”选项，指定本实例的接触刚度为非对称矩阵。

其余的设置保持缺省，单击Create 按钮关闭对话框，完成对接触选项的设置。

6.模型施加约束
给球的左、下端施加对称约束
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply→Structural→Displa
cement →Symmetry B.C. →选球的左、下端→OK
给模具 1 点施加位移-0.01m
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply→Structural→Displa
cement →On Keypoints →选横线最左端点，
Keypoint 1 →OK →Uy: →VALUE 选-0.01 →OK
7.分析参数设定与计算
Main Menu: Solution → Analysis Type → New analysis → Sta tic → Sol’n Controls → Large deformation static → Number Of substeps =50; Max No substeps =100; Min No substeps =10 → OK
8.求解
Main Menu →Solution →-Solve- Current LS
9查看结果
面沿旋转轴旋转270 度，形成实体剖面图
Utility Menu →PlotCtrls →Style →Symmetry Expansion →2D Axi-Symmetic →3/4Expansion →OK
Main Menu →General Postproc →Plot Results →Contour Pl ot- Nodal Solu →Stress →Von Mises Stress →[OK]
Main Menu →General Postproc →Plot Results →Contour Pl ot- Element Solu →Stress →Hydrostatic Pressure
（HPRE）→[OK]
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