西南交通大学本科毕业设计(论文)

变奇异点相对应的疲劳裂纹面，并且使得围绕在裂尖附近的有限元单元是单元边上的中点被移动到1/4边处的二项式奇异单元。具体形状，如图2-1所示：

图 2-1 奇异单元

下面简要介绍一下疲劳裂纹尖端网格划分的具体步骤：使用菜单进行如下操作：Main Menu>Meshing>Size Cntrls>Concentrat KPs>Creat,参数设置如图2-2：

图 2-2 参数设置

在图中所示的各个参数的意义如下： 一、NPT表示疲劳裂纹尖端关键点的编号；

二、DELR表示环绕在裂纹尖端的第一层单元的半径，通常情况下，需要取用裂纹长度的1/8甚至更小（本文取的是十分之一）；

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三、RRAT表示环绕在裂纹尖端的第二层单元的尺寸与第一层单元的比值，通常情况下取值小于1(本文取的是0.8)；

四、NTHET表示环绕在疲劳裂纹尖端附近的第一层单元的个数，通常会在30到40度之间有一个单元；

五、KCTIP表示两个选项，这里我们选择Skewed 1/4pt选项，它是处理裂尖奇异性的关键，表示环绕在疲劳裂纹尖端的第一层单元的中间点是在距离尖端1/4的位置处。

在完成计算以后，提取应力强度因子的步骤如下：

步骤一：此步骤的菜单操作如下：Main Menu>General Poatpro>Path Operation>Define Path，它的意义是：定义疲劳裂纹尖端局部的坐标系，需要使得裂纹面同X轴之间相互平行，同时，又要保持疲劳裂纹所在的工作面与Y轴之间相互垂直。

步骤二：此步骤的菜单操作如下：Main Menu>General Poatpro>Path Operation>Define Path，它的意义是：在疲劳裂纹所在的平面上定义路径，此路径的第一点为裂纹尖端关键点，若只有半个疲劳裂纹模型时，需要沿着裂纹面添加两个附加点。如果是整体的疲劳裂纹模型就要包括两个裂纹面，一共添加四个附加点，其中每两个为一组并且在一个裂纹面上。

步骤三：此步骤的菜单操作如下：Main Menu>General Postproc>Nodal Calcs>Stress Int Factor，它的意义是：计算K因子。在KPLAN区域（除薄板分析以外）均需指定为平面应力或平面应变，而且在疲劳裂纹尖端及其渐进位置附近的应力一般视作平面应变。KCSYM区域的功能是指定半裂纹或整体裂纹的模型是属于何种边界条件（包括反对称边界条件和对称边界条件）。

2.1.2 ANSYS计算接触问题[37]

目前，在滚动接触问题中有两大瓶颈亟需突破。分别是在摩擦力作用下会导致模型的计算结果难以收敛，以及接触状态与接触区域尚难以确定。大型有限元ANSYS分析软件可以支持点—点接触、面—面接触以及点—面接触，三种接触方式，而在通常情况下，接触又分为刚—柔接触与柔—柔接触两种类型。其中，点—点接触单元用于模拟点对点的接触行为；面—面接触单元中使用刚性面作为目

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标面，柔性面作为接触面来进行模拟；点—面接触单元用于点对面接触行为的建模。

使用ANSYS接触向导生成接触的操作步骤如下：

一、通过菜单：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Creat>Contact Pair来打开接触管理器；如图2-3所示：

图 2-3 接触管理器

二、点击管理器中工具栏第一个按钮，弹出Add Contact Pair界面； 三、选取目标面，设置目标面类型然后单击Pick Target按钮，选取接触对目标面，设置好以后点击Next按钮；如图2-4所示：

图 2-4 选取目标面

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四、进行接触面的选取，选好接触面类型以及接触单元类型之后，单击Pick Contact按钮，选取接触对接触面，设置好以后点击Next按钮；如图2-5所示：

图2-5 选取接触面

五、对接触单元的材料号进行设置，检查材料的摩擦系数是否含有初始渗透度；如图2-6所示：

图 2-6 接触设置

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