耦合场_蔚炯坚_3112001132.docxVIP

耦合场分析 蔚炯坚 3112001132 问题描述： 截面形状如图1所示的双层过盈配合管，模型参数如表1所示。 表1 模型参数 图1 双层过盈配合管 求解要求如下： 不考虑管内外的温度差，进行结构分析，求解过盈配合面上的接触压力和内外环的周向应力沿半径方向的分布。 考虑管内外的温度差，进行耦合分析，求解过盈配合面上的接触压力和内外环的周向应力沿半径方向的分布。 比较1和2的分析结果，并将两种情况下内外环的周向应力分布分别绘制在同一曲线图上进行比较。 提交结果： （1）接触压力的比较；（2）内环的周向应力分布曲线；（3）外环的周向应力分布曲线。 建模及求解过程： 从图1模型中可以看出，本题是一个轴对称问题，且本题为一个典型的热—应力耦合问题，在本文中采用间接法顺序耦合进行分析。因为管道长度尺寸没有给定，假设其为无限长，故建立模型时轴向尺寸可以是任意大于零的值。以下为分析过程。 建立一个新的Ansys分析文件，命名为ouhe。将分析类型选择为热分析。 MainMenu|Preference,在弹出的Preference of GUI Filtering对话框中选择Thermal. 定义单元类型：Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete，在弹出的对话框中选择Solid|8node 77,并在Plane77单元属性选择框中，选择参数K3下拉设置框中的”Axisymmetric”选项。 定义热力学性能参数：因模型中有两种钢和铝两种材料，所以在分析中需要定义两种材料。Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models，在弹出的对话框中选择ThermalConductivity|Isotropic,在弹出的对话框中输入钢的导热系数2.2。使用相同的方法，定义新材料2，输入铝的导热系数10.8。 建立轴对称几何模型：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Rectangle|By Dimensions，在弹出的对话框中X1=0.1875，X2=0.402，Y1=0，Y2=0.06，建立内环。然后使用相同的方法，建立外环，X1=0.4，X2=0.6，Y1=0，Y2=0.06. 网格划分：首先为内外环分布赋予网格属性。对内环Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Picked Areas,在弹出的对话框中，选择内环，然后OK，在弹出的对话框中，MAT选择1，然后OK。使用相同的方，对外环赋予网格属性，MAT为2.然后选取Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh|Areas|Free，对内外环进行网格划分。 建立接触，直接使用接触建立向导，外环内表面作为目标面，内环外表面作为接触面。热传导系数选择1E6. 定义温度边界条件：在内环内表面节点加温度条件temp=200，Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Temperature|On Nodes,在弹出的对话框中，选择内环内表面节点，然后OK，在弹出的对话框中填入温度值200.使用相同的方法，定义外环外表面温度temp=70. 进行稳态热分析求解。Menu|Solution|Current LS 接下来需要转换模型. 转换分析类型：MainMenu|Preference,在弹出的Preference of GUI Filtering对话框中选择Structrual. 将热单元转换为结构单元。MainMenu|Preference|Element Type|Switch Element Type.在弹出的对话框中选择如图2。 图2 转换单元类型 在转换生成的Plane183单元属性选项参数K3中选择”Axisymmetric”选项. 定义材料力学性能：Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models，在弹出的对话框中选择Material1，在其中增加弹性模量E=30e6和泊松比v=0.3，选择Structural|Thermal|ExpansionCoef|Isotropic，在弹出的对话框中，参考温度选择为70，热膨胀系数为0.65e-5.使用相同的方法，在Material2中增加弹性模量E=10.6e6，泊松比v=0.33，参考温度70，热膨胀系数1.35e-5. 从新定义内外环接触条件。 首先进行不加温度载荷的结构分析 定义约束条件：对内环内表面处的节点进行X方向的自由度耦合。MainMen