1. Лабораторная работа №15
Анализ напряженнодеформированного состояния
системы «вал-втулка» при посадке
с натягом
Цель работы:
1. Научиться решать контактные задачи системы
«вал-втулка» с использованием инструментария
ANSYS;
2. Научиться использовать контактные конечные
элементы для расчета соответствующих
нелинейных задач;
3. Научиться использовать условие симметрии при
решении прочностных задач;
4. Научиться обрабатывать результаты
нелинейного расчета на контактную прочность.

2. Лабораторная работа №15
Контактные элементы
Название элемента
Краткое описание
TARGE169
двухмерный (2–D) ответный (целевой) элемент
TARGE170
трехмерный (3–D) ответный (целевой) элемент
CONTA171
двухмерный (2–D) контактный
поверхность с поверхностью
элемент
типа
CONTA172
двухмерный (2–D) контактный элемент
поверхность с поверхностью с 3 узлами
типа
CONTA173
трехмерный (3–D) контактный
поверхность с поверхностью
элемент
типа
CONTA174
трехмерный (3–D) контактный элемент
поверхность с поверхностью с 8 узлами
типа
CONTA175
двухмерный и трехмерный (2–D/3–D) контактный
элемент типа точка с поверхностью и ребро с
поверхностью

3. Лабораторная работа №15
CONTA173
►
►
►
CONTA173 – элемент является трехмерным элементом I порядка,
имеет 4 узла, расположенных на поверхностях объемных
трехмерных конечных элементов или оболочек (подобных
SOLID45 или SHELL181); элемент может вырождаться в
треугольный элемент с тремя узлами.
CONTA173 – трехмерный контактный элемент типа поверхность с
поверхностью с четырьмя узлами. Элемент CONTA173
используется для моделирования контактного взаимодействия и
скольжения между трехмерными ответными поверхностями
(элемент TARGE170) и деформируемой поверхностью,
определенной данным элементом.
Элемент может применяться в трехмерных прочностных и
совместных прочностных и тепловых контактных задачах.
Элемент может располагаться на поверхностях трехмерного
объемного элемента или оболочек I порядка, то есть не имеющих
промежуточных узлов. Элемент имеет те же самые
геометрические размеры, что и связанные с ним объемные
элементы, оболочки или балки. Контакт происходит при внедрении
контактного узла в элемент ответной поверхности (линию)
TARGE170.

4. Лабораторная работа №15
TARGE170
►
►
►
TARGE170 – трехмерный ответный элемент. Он
используется для представления разнообразных
трехмерных ответных поверхностей для связи с
контактными элементами CONTA173 и CONTA174.
Эти контактные элементы непосредственно покрывают
границу деформируемого тела и потенциально
находятся в контакте с ответной поверхностью,
описываемой элементами TARGE170. Эта ответная
поверхность разделяется на набор ответных элементов
(TARGE170) и связана с элементами контактной
поверхности общим набором геометрических
характеристик.
К элементам ответной поверхности могут
прикладываться линейные или угловые перемещения и
температуры. Кроме того, к элементам ответной
поверхности могут прикладываться усилия и моменты.
Для представления двухмерной ответной поверхности
используется двухмерный элемент ответной
поверхности TARGE169.

5. Лабораторная работа №15
Понятие расчета циклически
симметричных задач
►
►
►
►
Если конструкция имеет свойство циклической
симметрии, в среде ANSYS можно выполнять для нее
расчеты статического НДС или форм и частот
собственных колебаний. Автоматизированный расчет
циклически симметричных задач возможен в версиях
ANSYS/Multiphysics, ANSYS/Mechanical и
ANSYS/Structural.
Ниже в данном разделе описаны следующие
вопросы:
– способы автоматизации расчета циклически
симметричных моделей средствами ANSYS;
– команды, используемые при расчете циклически
симметричных моделей.

6. Лабораторная работа №15
Способы автоматизации расчета
циклически симметричных
моделей средствами ANSYS
►
►
►
Автоматизация расчета циклически симметричных
моделей производится следующим способом:
– проведение расчета для единичного сектора (то
есть единичной части конструкции, целиком
являющейся окружной деталью или сборкой);
– использование решения, полученного путем
расчета единичного сектора, для дальнейшего
распространения на полную круговую деталь или
сборку (в постпроцессоре).

7. Лабораторная работа №15
Команды, используемые при расчете
циклически симметричных моделей
►
►
►
►
►
►
Наиболее важной командой при расчете циклически симметричных
моделей является команда CYCLIC, которой начинается расчет
циклически симметричных моделей и, соответственно, конфигурируется
база данных. Команда автоматически определяет информацию о модели
с циклической симметрией, такую, как компоненты боковых краев, число
секторов, угол сектора и соответствующую циклическую систему
координат.
Команда ANTYPE определяет тип расчета – вычисление статического
НДС или форм и частот собственных колебаний, а команда SOLVE
вызывает собственно расчет модели с циклической симметрией.
К остальным командам расчета циклически симметричных моделей
относятся:
– команда CYCOPT, определяющая опции расчета;
– команда /CYCEXPAND, предназначенная для графического расширения
перемещений, напряжений и деформаций в циклически симметричной
модели;
– команда CYCPHASE, предназначенная для определения максимально и
минимально возможных значений при отображении в постпроцессоре
/POST1 результатов, полученных для разных частот.

8. Лабораторная работа №15
Порядок выполнения работы
► Порядок выполнения работы подробно
расписан в соответствующем разделе файла,
содержащем лабораторную работу.
► Необходимо четко следовать приведенным
инструкциям для успешного выполнения
работы.
► В первых работах приведены подробные
описания выполняемых действий. В
последствие авторы воздержатся от подробных
описаний аналогичных действий, принимая во
внимание, что студенты с ними уже знакомы.

9. Лабораторная работа №15
Начало работы
► Перед началом работы необходимо создать
общую директорию на жестком диске Вашего
компьютера, например «ANSYS_WORKS». В
ней будут содержаться все лабораторные
работы, выполненные в течении семестра.
► Перед выполнением каждой лабораторной
работы необходимо в директории
«ANSYS_WORKS» создавать рабочую папку, в
которой будет содержаться непосредственно
выполняемая работа. В названии этой папки
должен отражаться номер выполняемой
работы, например «Lab_rab_15».

10. Лабораторная работа №15
Содержание отчета
► Отчет о проведенной лабораторной
работе должен содержать:
► краткие теоретические сведения
► краткое описание основных шагов
решения поставленной задачи
► анализ полученных результатов

11. Лабораторная работа №15
Контрольные вопросы
►
►
►
►
►
Назовите основные характеристики
контактного конечного элемента TARGE170.
Назовите основные характеристики
контактного конечного элемента CONTA173.
Каким образом задаются граничные условия
симметрии?
Контакт какого типа используется в решении
данной задачи?
Контакт какого типа используется в системе
ANSYS по умолчанию?