X343流体渗透压力分析.docx

1、X343流体渗透压力分析CopyrightANSYS教学算例集流体压力分析撰写：孟志华审核： 校对：2018年09月30日关键字：流体渗透压力、插入命令、2D轴对称、摩擦接触算例来源：Mechanical_Advanced_Connections教程案例1. 摘要本算例在Mechanical界面通过插入命令的方式来施加流体压力载荷，计算了气缸运动中，密封圈与气缸和活塞之间的摩擦接触，以及O型圈在流体压力施加前后的渗透结果对比，该分析涉及到的要点包括：几何非线性（大变形）、材料非线性（橡胶Neo-Hookean模型）、接触非线性（摩擦接触）、插入命令在接触面上施加流体压力以及采用命令方式查看流体

2、渗透压力。本例针对装配体的非线性接触以及流体压力的施加以及渗透压力结果的查看具有借鉴和指导作用。2. 案例描述本案例模型有三个parts：活塞、气缸和密封圈，活塞不动，通过气缸运动来模拟装配过程，并通过流体压力的施加，来模拟流体渗透压力对装配体的影响。活塞和气缸材料为ANSYS材料库中默认提供的钢材料，弹性模量为 2.110e5 MPa，泊松比为 0.3，密度是7.8510 e-9 t/mm 3；O型密封圈材料为橡胶材料，采用Neo-Hookean模型，初始剪切模量为20MPa，不可压缩参数D1为0.015MPa-1。活塞设置为固定，气缸底部施加10mm位移，分为3个载荷步进行运算，第一个载荷

3、步通过在接触对中定义pinball来调节活塞与密封圈之间的干扰，第二个载荷步滑动气缸，与活塞和O型圈接触，系统密封，第三个载荷步通过插入命令的方式对O型圈施加流体压力载荷。3. 操作步骤3.1. 启动ANSYS Workbench，打开已有的分析文件（1）首先启动ANSYS Workbench环境。在【File】下拉菜单点击Restore Archive，打开分析文件压缩包“WS5a-pressure.wbpz”，然后保存为WS5a-pressure.wbpj”文件。（2）打开该文件后，Workbench环境的起始界面，包含了一个静力分析的流程，如下图。3.2. 查看材料定义（1）确定目前处于

4、Workbench的起始界面【Project】，即 “主页”。（2）双击打开流程中的Engineering Data项，打开材料数据界面。（3）查看定义好的结构刚与橡胶材料属性。3.3. 启动静力分析流程，进入Mechanical界面查看设置（1）确定目前处于Workbench的起始界面【Project】，即 “主页”。（2）打开ANSYS Mechanical模块：找到项目流程【Project Schematic】窗口下的B项目（静力分析过程），双击其中的【Model】栏目，即打开ANSYS Mechanical模块的界面。（3）修改mechanical的单位系统为 Metric (mm,k

5、g,N,s,mV,mA)。（4）查看材料2D属性，已经定义为轴对称模型。（5）查看网格，因为活塞在分析中整体被固定，所以其网格可划分尽量少，不影响求解，但提高了求解效率；密封圈与气缸网格细化。（6）查看接触设置：已经建立好两个接触对，活塞与O型圈，以及O型圈与气缸之间分别建立了系数为0.2的非对称摩擦接触，设置pinball半径为2mm。3.4. 插入APDL命令设置流体压力（1）在O型圈与活塞Piston 的摩擦接触中插入命令commands（2）点击commands，在命令窗口输入：cid1=cid，它将保存接触单元类型号到cid_1的参数名中，后续将使用。（3）点击几何窗口标签，回到几何

6、界面。（4）创建Named Selection，作为压力载荷起始参考点，首先切换点选择过滤器，再选中下图中的A点，右键，创建Named Selection。在随后出现的NS窗口中输入名称Start_PT。 （5）切换线过滤器，选择O型圈的下半部分线，右键，创建named selection，命名为Pressure，后续将在此处施加流体压力载荷。 （6）点击Analysis Settings，将载荷步数修改为3，并设置第三个载荷步的子步，如下图：（7）在目录树中点击Static Structural，右键，插入Commands。（8）点击Commands在细节设置中将该命令施加到第三个载荷步，如

7、下。（9）点击Commands，右键Import，找到文件WS5a-pressure.inp，点击打开，既可将写好的命令文件导入Workbench，直接在命令窗口输入命令也可以。（采用sfe命令在O型圈下半部分施加了50MPa的压力，并将Start_pt点作为施加流体压力的起始点，APDL命令中不区分大小写） 注：接触面上不能直接加载，需要通过命令执行。（10）在Solution下插入命令，以便直接查看第三个载荷步施加流体压力后的结果，点击Solution，右键，插入命令。 （11）点击Commands，右键，Import相关文件WS5a-post.inp。（12）导入命令文件后，查看命令。（

8、Plesol命令为查看连续单元结果云图，分别查看第二个载荷步，第三个载荷步刚开始，第三个载荷步最终的Fluid penetration pressure.）（13）点击Solve求解，力收敛曲线如下图。3.5. 分析结果查看（1）分别查看施加流体压力前后的结果，点击环境工具栏下中的多窗口图标，将几何窗口分为两个。（2）点击Solution，右键插入Total Deformation，注意细节中的Display Time为Last，也就是施加流体压力之后的结果，右键Evaluate All Results提取结果。（3）点击左边几何窗口，再点击Solution下的第一个Total Deforma

9、tion，即Display Time为2s时候的结果；再点击右边几何窗口，点击Display Time为Last时候的Total Deformation结果。（4）查看Solution下的Commands结果。（5）点击Post Output，查看第二个载荷步的流体渗透压力。（6）点击Post Output2，查看第3个载荷步初始的流体渗透压力。（7）点击Post Output3，查看第3个载荷步结束时候的流体渗透压力。4. 分析小结本例题模拟了气缸、活塞、O型密封圈装配过程，采用2D轴对称模型进行模拟，并在第三个载荷步通过插入Commands施加了流体压力，施加流体压力需要设置起始点，采用sfe命令施加在接触单元上，具体的原理可参考ANSYS Help文件的Applying Fluid Pressure-Penetration Loads部分。在Solution中通过插入命令的方式查看了流体压力载荷，第二个载荷步因为没有施加流体压力，所以流体渗透压力为0；第三个载荷步初始发现流体压力开始对O型圈有影响；第三个载荷步结束，O型圈完全承受了50MPa的流体压力载荷。本案例是一个典型的流体压力施加例子，在实际应用中可以参考流体压力的施加方式以及流体渗透压力结果查看方式。