基于ANSYS WORKBENCH的轴承内外套的接触分析

【问题描述】
轴承外套外半径为30mm,内半径为15mm,另外一端为20mm；轴承内套外半径为17mm，另外一端为12mm，而内径为8mm,内外套高度均为60mm。当用10N的外力压入内轴承套后，试模拟轴承内外套的受力情况。（接触摩擦系数为0.2）,内外套材料均取默认的钢材。

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(注：该问题来自于《ANSYS WORKBENCHEN13.0从入门到精通》，凌桂龙等，清华大学出版社，2012，P335,本文采用了不同的建模方法)
【问题分析】
1. 要仿真压入内套时接触面的摩擦应力和正压力，这是一个静力学问题。因此需要使用静力学分析系统。
2.该问题属于接触非线性，而材料仍旧是线弹性的，但是同时要打开大变形开关进行几何非线性分析。
3.在DM中建模，使用旋转的方式直接创建四分之一模型就可以。在DM中做好装配关系。
4.设置接触关系，是带摩擦的接触非线性，是外套的内锥面与内套的外锥面发生了接触。
5.使用扫掠方式划分网格。
6.在后处理中使用接触工具查看接触面的摩擦应力和压应力。
【求解步骤】
1.打开ANSYS WORKBENCH14.5
2.创建静力学分析系统。

3.创建装配模型。
双击geometry,进入到DM中，设置单位是毫米。
（1）创建轴承外套。
在XOY面内创建截面模型如下图。

围绕Y轴旋转90度，创建四分之一实体模型。

则外套创建完毕。
（2）创建轴承内套。
在XOY面内创建截面模型如下图。

围绕Y轴旋转90度，创建四分之一实体模型。

则生成了两个四分之一体。

退出DM.
4.设置接触。
双击MODEL,进入到mechanical中。选择外套的内面，内套的外面，其接触类型为有摩擦的接触，摩擦系数为0.2.

5.划分网格。
对内外套均设置扫掠网格划分，并指定单元尺寸是2mm.网格划分结果如下。

可见，有2万多个节点，从而有6万多个自由度，静力学方程有6万多个。
6.进行分析设置。
打开大变形开关。

7.设置边界条件。
设置对称面约束。四分之一界面上均为无摩擦支撑。

固定外套的顶面。

给内套顶面施加10N的力。

8.求解。

9.后处理。
查看接触状态。

可见，内套的上半部分在发生接触，而下半部分则没有接触。
查看摩擦应力

可见，内套最上面的摩擦应力最大，往下走摩擦应力减小。
查看压应力。

其分布规律与摩擦应力类似。