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1、乒乓球与球台接触分析一、问题描述如图1所示为一般比赛或者训练场馆用的乒乓球台结构图，国际标准的球台氏为274cm,宽为152.5cm,桌厚为2.5cm。而标准的乒乓球直径为4cm,厚0.85mrm现今标准球台大多采用高密度纤维板制成，英弹性模量为2.7GPa、泊松比为0.39、屈服应力为150MPao乒乓球大多采用赛璐珞制成，其弹性模量为1.8GPa＞泊松比为0.4、屈服应力为lOOMPao当今在比赛中有记录的乒乓球最大速度为庄则栋的170km/ho根据实验测得在170km/h速度下的乒乓球撞击桌面，会有大约2mm的竖向位移。本题通过分析观察乒乓球和球桌接触过程中的变形和应力。图1二、选题
2、目的接触问题分析：在工程中会遇到大量的接触问题，如齿轮的啮合、法兰联接、机电轴承接触、卡头与卡座、密封、板成形、冲击等等。接触是典型的状态非线性问题，它是一种高度非线性行为。本文研究了乒乓球与球桌的接触问题，接触形式为面■面接触。通过木例可以对乒乓球和球桌的制造给予参考，并可以将分析方法应用于同类型研究中。三、分析过程3.1建立球壳与球桌的几何实体将ANSYS的工作文件命名“PINGPANG”,定义球壳和球桌的几何参数。由丁乒乓球相对于球桌来说较小，为了获得较为精细的网格密度和计算方而的简化，利用结构的对称性，只取结构的1/4研究即可。一般比赛用台分为两块，我们选取其中一块研究。建立如图2
3、所示的球壳和球桌的几何实体。命令流及其生成的模型：TYHLMUMANSYS•2.皿7201«21:02:47/FILNAME^INGPANG,!!定义文件名/PREP7!进入前处理模块R0=0.02!球壳的外半径RI=0.01915!球壳内半径L=0.685!球桌长度D=1.525!球桌宽度H=0.025!球桌厚度CYL4,0,0,RI,0,RO,-90!建立1/4乒乓球圆环面VROTATJ”,J490!生成1/4半球体BL0CKQL,・R0,・R0・HO・D/2!建立1/4球桌图2球壳和球桌的实体模型3.2建立球壳和球桌的有限元模型定义球壳和球桌的单元类型，设置单元尺寸。定义球壳的材料参
4、数，对球壳进行有限元网格划分。定义球桌的材料参数，对球桌进行有限元网格划分。得到球壳和球桌的有限元模型，如图3。命令流及其生成的模型：ET,1,SOLID185ESIZE,0.0004MP,EX,1,1.8E9MP,PRXg0.4TB,BIS02b2!定义实体单元类型!设置球单元尺寸!球壳弹性模量!球壳泊松比!设置双线性强化材料TBDATA„100E6,0!球壳屈服应力TYPE,1!设置单元类型MAT,1!设置单元材料VMESH,!戊IJ分球壳有限元网格ESIZE,0.008!设置球桌单元尺寸MP/EX,2,2.7E9MBPRXZ2Q39TB,BISO,1,1,2!球桌弹性模量!球桌泊松比
5、!设置双线性强化材料TBDATA„150E6,0!设置屈服应力TYPE,1!设置单元类型MAT,2!设置单元材料VMESH,2!划分有限元网格1ELEMENTS!：：：：：：：：!JUN72016ANSYSR14.521:20:28图3球壳与球桌的有限元模型3.3建立球壳与球桌的接触对设置摩擦系数和接触对的单元实数号，定义目标单元和接触单元的单元类型，选择目标面、建立目标单元，选择接触面、建立接触单元，得到如图6所示球壳与球桌间的接触对。这里根据实际球桌与乒乓球的摩擦系数，取0.6.命令流及其生成的模型：MP,MU,1,0.6!摩擦系数REAL,23!接触对的单元实数号ET3170!定义目
6、标单元类型ET,4,174!定义接触单兀类型KEY0PT39Q!设置单元关键项KEYOPT,3,10,2!设置单元关键项ASEL”S“9!选择目标血TYPE,2!设置单元类型NSLA,S,1!选择目标面上的节点ESLN,S,0!选择包含口标面上节点的实体单元ESURF!在目标面上建立目标单元（图4）ASEL”S“3!选择接触血TYPE,3!设置单元类型NSLA,S,1!选择接触面上的节点ESLN,S,0!选择包含接触面上节点的实体单元ESURF!在接触面上建立接触单元（图5）ALLSEL!选择所有几何实体图4目标面上建立目标单元图5在接触面上建立接触单元图6球壳与球桌间的接触对3.4定义载
7、荷和求解3.4.1施加条件和载荷进入计算求解模块，设置静力学分析类型、打开几何非线性选项，设置边界条件和位移载荷。在这里，根据实际情况，球桌下表而被全约束。乒乓球以目前比赛记录的最快球速击打到桌面上，等效为给球施加2mm的竖向位移。得到如图7所示对称边界条件和位移载荷图。设置计算节果输出形式和计算结束吋间，设置载荷自动步选项，定义载荷子步数，设置斜坡加载方式，进行求解计算。命令流：!进入计算求解模块/SOLANTYPE,
